微細p-n接合におけるリーク電流発生メカニズムに関する研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06J08922
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 古橋 壮之 大阪大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(PD)
• Keywords: シリコン / リーク電流 / 結晶欠陥

Research Abstract

現在,半導体素子の微細化に伴い,素子分離周辺での過剰な応力分布によるデバイス特性への影響が顕在化している.代表的な問題点として,デバイスが動作していない状態に流れるリーク電流量の増加が挙げられる.リーク電流は半導体材料の禁止帯幅に大きく依存し,それが縮小することにより指数関数的に増加することが知られている,先に記述した素子分離による局所的な応力増加によりシリコン結晶がひずみ、禁止帯幅は狭くなる.つまり微細化が進むにつれ,素子分離周辺ではリーク電流が流れ易くなる.この現象について第一原理計算による解析を行った結果、シリコン結晶に加わるストレスに比例して禁止帯幅が縮小するバンドギャップナローイングを確認することが出来た.また,リーク電流は結晶に存在する欠陥を介して流れる.結晶欠陥は応力の不均一な領域にて安定なり,集中する.プロセス工程の清浄度は改善されているが,シリコン結晶自体の乱れやデバイス材料として含まれる元素による結晶欠陥については今後も懸念せざるを得ない.その中でも近年注目されているものに,シリコン空孔と酸素原子が結びついたシリコン空孔一酸素欠陥がある.この欠陥については古くから研究されているが,その形成過程の理解には至らなかった.本研究では,第一原理計算を用い,この複合欠陥についてどのような温度領域で形成・消滅が起こるのかを解析した.今後は応力が加わった結晶中でのシリコン空孔型欠陥の安定性について解析予定である.