化学的手法を用いた極薄SiO_2/Si構造の低温創製とリーク電流密度の低減

化学方法低温制备超薄SiO_2/Si结构并降低漏电流密度

• 批准号: 03F00033
• 负责人: 小林 光
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F00033/
• 关键词: シリコン酸化膜; 絶縁膜; MOSデバイス; 半導体-絶縁膜界面; 低温酸化; 硝酸酸化; リーク電流; 界面準位

これまでシリコン基板を硝酸溶液中に浸漬することによって極薄SiO_2膜を形成する研究を行ってきた。本共同研究では、共沸状態の硝酸溶液(68wt%硝酸)を使用することによって、121℃の低温でシリコン基板の上に熱酸化膜に匹敵するほどのリーク電流密度を持つ1.4nmの酸化膜を形成することに成功した。X線光電子分光法、フーリェ変換赤外吸収分光法などの手法を用いて酸化膜の物性を調べた。その結果、この化学酸化膜の原子密度は高温熱酸化膜のそれよりも高いことがわかった。共沸状態の硝酸を使用した目的は、その強い酸化力を利用して欠陥の少ない酸化膜を形成することである。まさにその通りの結果が得られたと思われる。また、共沸状態の硝酸を用いると、蒸発による溶液の濃度の変化がないため酸化膜厚の制御性が良くなった。すなわち、酸化膜厚はシリコンの硝酸溶液中における浸漬時間によって全く変化しないという結果が得られた。これは実用化の上極めて重要である。従来の熱酸化膜よりも低いリーク電流密度を達成するために、Post Metallization Anneal (PMA)とPost Oxidation Anneal (POA)処理を施した。この酸化膜を水素雰囲気中200℃でPMA処理すると、リーク電流密度は更に1/5まで低減することがわかった。このリーク電流密度の値は熱酸化膜に比べて一桁以上低く、MOSデバイスの許容値よりも相当低い。また、水素雰囲気中における低温POA処理もPMA処理と同様リーク電流密度の低減に有効であることがわかった。更に、POA処理とPMA処理の組み合わせによりリーク電流密度はさらに低減することを明らかにした。電気容量-電圧の測定および上記光学的観測によりこれらの処理によるリーク電流密度の低減は、界面準位の消滅、SiO_2バンドギャップの広がり及びSiO_2膜中のギャップ準位の除去によるものとわかった。このようにSiO_2/Si界面構造、SiO_2膜の微視的構造、電子状態などの物性を制御することによってリーク電流密度の低減を実現することができた。

The research on the formation of ultra-thin SiO_2 film by immersing the substrate in nitric acid solution was carried out. In this joint study, the azeotropic nitric acid solution (68wt% nitric acid) was used, and the low-temperature nitric acid solution at 121℃ was used. The thermal acidification film on the substrate has been successfully formed with a current density of 1.4nm, which is comparable to that of the current density. X-ray photoelectron spectroscopy, フーリェ変 infrared absorption spectrometry and other techniques are used to adjust the physical properties of the acidified film.その Results, このchemical acidification film のatomic density は high temperature thermal acidification film のそれよりも高いことがわかった. Nitric acid in an azeotropic state uses a strong acidifying force and a small amount of acidifying film to form a strong acidifying film.まさにその通りのRESULTSがgetられたと思われる. Nitric acid in an azeotropic state can be used to control the concentration of the azeotropic nitric acid solution, and the concentration of the evaporated nitric acid can be improved.すなわち, acidified film thickness はシリコンのにおける immersion time in nitric acid solution によって全く剉化しないという results られた. It's important to use the best way to use it. Thermal acidification membranes are used to achieve low current density, Post Metallization Anneal (PMA) and Post Oxidation Anneal (POA) treatment. The acidified film was treated with PMA at 200°C in a hydrogen atmosphere, and the current density was reduced to 1/5. The current density of このリーク thermal acidified film is lower than that of べて一恁 or above, and the tolerance value of MOS デバイスのよりも is quite low. The low-temperature POA treatment and PMA treatment in the hydrogen atmosphere are effective in reducing the current density. To update, the combination of POA treatment and PMA treatment has improved the current density and reduced the current density. Electrical Capacity - Measurement of Electrical Pressure, Measurement of Electrical Pressure, Optical Measurement, Processing, Current Density, Interface Level, etc. Destroy, remove the SiO_2 film and the level of the SiO_2 film.このようにSiO_2/Si interface structure, microscopic structure and electronic state of SiO_2 filmどのphysical properties をcontrol することによってリーク current density のlower reduction することができた.

项目成果

Asuha: "Spectroscopic and electrical properties of ultrathin SiO_2 layers formed with nitric acid"Surface Science. 547. 275 (2003)

Asuha：“用硝酸形成的超薄 SiO_2 层的光谱和电学特性”表面科学。

Hikaru Kobayashi: "Nitric acid oxidation of Si to form ultrathin silicon dioxide layers with a low leakage current density"Journal of Applied Physics. Vol.94 No.11. 7328 (2003)

Hikaru Kobayashi：“硅的硝酸氧化形成具有低漏电流密度的超薄二氧化硅层”应用物理杂志。