SOI構造における酸化メカニズムの解明に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455161
• Research Institution: University of Tokyo
• Principal Investigator: 平本 俊郎 東京大学, 大規模集積システム設計教育研究センター, 助教授 (20192718)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 斎藤 敏夫 東京大学, 国際産学共同研究センター, 助手 (90170513) ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097) ; 藤田 博之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90134642)
• Keywords: SOI / 界面準位 / MOSFET / チャージポンピング / 酸化 / 酸化膜界面

Research Abstract

SOI構造のデバイスの大きな特徴の1つは,通常のバルク基板のMOSデバイスと完全にプロセス互換性があることである.ところが,SOI構造では,基板中に埋込酸化膜が存在し,Si/酸化膜界面が通常基板より1つ多いため,プロセスメカニズムは必ずしも通常基板を同じとは限らない.本研究の目的は,SOI基板の薄膜Siに酸化を施した場合についてSOI構造特有の酸化過程のメカニズムおよび界面準位の特性を明らかにすることである.研究では,まずSOI構造の埋込酸化膜とSi薄膜との界面を正確に評価する手法を検討した.SOI構造では容量測定等の一般的な評価手法が適用できないため,酸化膜界面の評価が従来は困難であった.。そこでボディ端子付の薄膜SOIデバイスを試作し,、チャージポンピング法を適用した.チャージポンピング法は,ゲート端子にパルス電圧を加えることによる電流をモニターすることにより界面準位等の測定を行う手法である.SOI構造ではボディ部分の抵抗が高いため,通常のチャージポンピング法ではチャージポンピング電流が低下する問題があるが,ゲート端子とボディ端子へのパルス電圧のタイミングを工夫することにより,正確なチャージポンピング電流の測定に成功した.また,バイアス条件を最適化することにより,表面酸化膜界面と埋込酸化膜界面を分離して評価することに成功した.次に、上記のチャージポンピング法をさらに工夫し,酸化膜界面における界面準位のエネルギー分布を測定する新しい方法を開発した.本方法はSOI基板に適用可能である.これらの新しい評価法により,SOI基板特有の界面準位の特性評価を進め,SOI基板のフロント界面の界面準位は通常のバルク基板と比較しても特にデバイス特性上劣化していないことを明らかにした.

Research Products

• [Publications] トラン ゴック デュエト: "薄膜SOI MOSFETのチャージポンピング測定における形状成分の抑制" 応用物理学会薄膜・表面物理分科会「極薄シリコン酸化膜の形成・評価・信頼性」第3回研究会論文集. 167-170 (1998)
• [Publications] T.Saraya: "New Measurement Technique of Sub-Bandgap Impact Ionization Current by Transient Characteristics of Partially Depleted SOI MOSFETs" Japanese Journal of Applied Physics. 37,3B(発表予定). (1998)
• [Publications] 高宮真: "極薄膜SOI層を有する超低消費電力用ディープサブ0.1μm MOSFET" 電子情報通信学会論文誌. J81-C-II,3(発表予定). (1998)
• [Publications] Makoto Takamiya: "Deep Sub-0.1μm Fully Depleted SOI MOSFET's with Ultra-Thin Silicon Film and Thick Buried Oxide for Low-Power Applications" Proceedings of 1997 International Semiconductor Device Research Symposium. 215-218 (1997)
• [Publications] 高宮真: "低消費電力用完全空乏型SOI MOSFETのスケーリング指針とBulk MOSFETとの比較" 電子情報通信学会技術研究報告. SDM97,115. 87-94 (1998)
• [Publications] T.Saraya: "New Measurement Technique of Sub-Bandgap Impact Ionization Current by Transient Characteristics of Partially Depleted SOI MOSFETs" Extended Abstracts of 1997 International Conference on Solid State Devices and Material-s. 554-555 (1997)