大気圧非平衡プラズマプロセスを用いたゲルマニウム上高誘電率絶縁膜の形成と物性評価

[研究計画書記載の平成19年度研究課題]。1)大気圧窒素プラズマによるゲルマニウムの窒化とシリコンとの窒化カイネティックスの相違2)大気圧酸素/窒素プラズマによる高誘電率絶縁膜の形成技術の確立と窒素ドーピング効果[得られた研究成果と意義]課題1に対しては、平成18年度において、ゲルマニウム基板の前処理方法や基板温度のシーケンスを工夫することにより、ゲルマニウム窒化膜を形成することに成功している。本年度は、シリコンとゲルマニウムの表面窒化過程について比較検討した。これまで、シリコンの窒化においては、窒化温度に依存せず、窒化時間に対して自己停止機能を有するため、ラングユミュア型の反応過程により薄膜が形成することが分かっている。本年度検討したゲルマニウムの窒化の場合においては、窒化時間10分程度で膜厚は飽和するものの、窒化温度の増加にともない、膜厚が増加することが明らかになった。この結果から、ゲルマニウム窒化においては、シリコン窒化とは異なり、表面反応に加え、拡散過程を伴い窒化膜が形成することが明らかになった。また、形成したゲルマニウム窒化膜の膜構造を詳細に評価するために、放射光光電子分光測定をSpring-8, BL15XUビームラインにおいて行った。Ge2p_<3/2>, N lsコアスペクトルを詳細に解析した結果、Ge_3N_4に起因するピークが観測され、試料を大気暴露した後での表面酸化の割合も従来の窒化膜に比べ低減しており、高品質な窒化膜が形成していることが明らかになった。課題2に対しては、大気圧窒素プラズマにより、酸化イットリウムを窒化した結果、プラズマ照射していない試料と比較してリーク電流を低減できる結果を得た。

[研究計画書記載の平成19年度研究課題]。1)大気圧窒素プラズマによるゲルマニウムの窒化とシリコンとの窒化カイネティックスの相違2)大気圧酸素/窒素プラズマによる高誘電率絶縁膜の形成技術の確立と窒素ドーピング効果[得られた研究成果と意義]課題1に対しては、平成18年度において、ゲルマニウム基板の前処理方法や基板温度のシーケンスを工夫することにより、ゲルマニウム窒化膜を形成することに成功している。本年度は、シリコンとゲルマニウムの表面窒化過程について比較検討した。これまで、シリコンの窒化においては、窒化温度に依存せず、窒化時間に対して自己停止機能を有するため、ラングユミュア型の反応過程により薄膜が形成することが分かっている。本年度検討したゲルマニウムの窒化の場合においては、窒化時間10分程度で膜厚は飽和するものの、窒化温度の増加にともない、膜厚が増加することが明らかになった。この結果から、ゲルマニウム窒化においては、シリコン窒化とは異なり、表面反応に加え、拡散過程を伴い窒化膜が形成することが明らかになった。また、形成したゲルマニウム窒化膜の膜構造を詳細に評価するために、放射光光電子分光測定をSpring-8, BL15XUビームラインにおいて行った。Ge2p_<3/2>, N lsコアスペクトルを詳細に解析した結果、Ge_3N_4に起因するピークが観測され、試料を大気暴露した後での表面酸化の割合も従来の窒化膜に比べ低減しており、高品質な窒化膜が形成していることが明らかになった。課題2に対しては、大気圧窒素プラズマにより、酸化イットリウムを窒化した結果、プラズマ照射していない試料と比較してリーク電流を低減できる結果を得た。