完全クローズド系の酸素フリー水/水フリー酸素とのシリコン表面反応機構制御の研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555009
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森田 瑞穂 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50157905)
• Keywords: 半導体表面 / 半導体プロセス / シリコン / 表面反応

Research Abstract

酸素とシリコン表面の反応を明らかにし、これらの知見を基にシリコン表面を精密制御するための半導体製造装置の設計指針を確立するため、水素終端表面シリコンの熱酸化プロセスを昇温過程酸化膜成長過程と所定温度酸化膜形成過程に分けて制御する観点で、超清浄極薄シリコン酸化膜形成装置に超高純度酸素ガスを導入し、シリコンウェハを昇温および一定温度で加熱し、大気圧熱酸化におけるSi(100)ウェハ昇温過程の精密制御法を開発している。全酸化膜厚が約3nmのシリコン酸化膜において、900℃の所定酸化温度形成酸化膜に対して900℃までの昇温過程成長酸化膜を薄くすると、金属・酸化物・半導体(MOS)ダイオードのリーク電流を低減できることを明らかにしている。昇温過程成長酸化膜が薄いシリコン酸化膜は、昇温速度を速くし、さらに酸素ガスを窒素ガスで希釈した条件で形成している。さらに、昇温過程での酸化膜成長の昇温最大温度依存性、昇温速度依存性、酸素ガス濃度依存性を明らかにし、昇温過程酸化膜成長を約1分子層に抑止する条件を明らかにしている。昇温過程酸化膜成長を約1分子層に抑止する条件は、昇温速度が50deg/secの場合、酸素ガス濃度が0.3%であることを明らかにしている。また、水とシリコン表面との反応機構を明らかにするため、超純水洗浄を行った水素終端表面シリコンウェハを用いてMOSダイオードを製作し、超純水洗浄時間により、極薄シリコン酸化膜の絶縁性や信頼性が異なることを初めて実証し、洗浄時間によりシリコン表面の原子構造が変化し、デバイス特性に影響することを明らかにしている。

Research Products

• [Publications] K.NISHIMURA,S.URABE,T.OKAZAKI,S.MORITA,A.OKUYAMA,M.MORITA: "Ultrathin Silicon Dioxide Film Formation by Precise Control of Heating-up Process in Thermal Oxidation"Extended Abstracts of the 6th Workshop on FORMATION, CHARACTERIZATION AND RELIABILITY OF ULTRATHIN SILICON OXIDES. 6. 291-294 (2001)