仮想多層膜形成条件熱酸化による高機能極薄シリコン酸化膜の研究

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物性の原子レベルの制御を基本概念とした仮想多層膜形成条件熱酸化により、極めて薄いシリコン酸化膜材料の新機能化技術を開発する目的に対して、超清浄極薄酸化膜形成装置を用いて酸化膜厚精密制御熱酸化技術を開発し、シリコン酸化膜厚を一分子層から一原子ステップの精度で制御できることを実証している。次に、酸化膜形成時間を時間分割し、各々の時間ステップでの酸化温度を変化させて熱酸化を行い、一分子層毎に熱酸化する条件を明らかにしている。さらに、仮想多層膜形成条件熱酸化膜を用いたMOSダイオードを試作、測定し、熱酸化条件により、トンネル電流、絶縁破壊電圧が異なる極薄シリコン酸化膜が形成できることを実証している。すなわち、酸化温度を700℃と900℃の二段階にして、700℃に引き続いて900℃で酸化を行う温度プロファイル条件と、900℃に引き続いて700℃で酸化を行う温度プロファイル条件で形成した極薄シリコン酸化膜を用いたMOSダイオードの電流-電圧特性において、700℃-900℃の条件で形成した酸化膜のトンネル電流は、900℃-700℃の条件で形成した酸化膜と比較して小さい。これは、酸化条件により酸化膜のエネルギー障壁の形状が異なるためと考えられる。また、700℃-900℃の条件で形成した酸化膜の絶縁破壊電圧は、900℃-700℃の条件で形成した酸化膜より高い。これらの結果は、熱酸化温度プロファイルを精密制御することにより、より高い絶縁特性を有する極薄シリコン酸化膜を形成することが可能であることを示している。