X線回折法を用いたSiO_2/Si界面形成のその場観察による酸化機構の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450014
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 梅野 正隆 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029071)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 益子 洋治 三菱電機(株), ULSI技術開発センター, プロセス評価技術部長(研究者) ; 志村 考功 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90252600)
• Keywords: SiO_2 / シリコン / 酸化 / 薄膜 / 界面 / X線回折

Research Abstract

シリコンデバイスが開発されて以来、良くも悪くも酸素は重要な役割を果たしてきた。良質のゲート絶縁膜を提供してきたことはもちろん、ゲッタリングやウエハの機械的強度の増加という役割もになってきた。その反面、さまざまな形でシリコン結晶中に析出することによりゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化の原因となってきた。
シリコン結晶と酸素については今までにも多くの研究がなされてきたが、その関係については明らかになっているとは言い難い。例えば、シリコンの熟酸化機構については、最近になりlayer by layerで酸化が進行しているという幾つかの実験結果が得られ話題となっている。SIMOXウエハは、デバイスの高集積化、高速化、低消費電力化を可能にするS0I(silicon on insulator)ウエハとして最も期待されているもののひとつである。しかし、その埋め込み酸化層の形成機構は表面エネルギーの最小化の観点から大まかには理解されているが、構造と絡めた議論はされていない。
本研究では、熟酸化膜及びSIMOXウエハの埋め込み酸化層の界面形成過程に対し原子レべルでの描像を与えることを目的とする。これらの界面形成機構は、シリコン酸化物形成の基本要素であり、これらが解明することにより、酸素のシリコン結晶に対する反応の素過程を解明できると期待できる。
酸素イオン注入を行ったシリコンウエハについて高温アニールを行い、アニール時間によるX線の散乱強度の変化を測定した。その結果、酸素がシリコン結晶中で析出、凝集する初期の段階から結晶性を持ったSiO_2相が形成され、時間と共に増加していくことがわかった。また、酸素イオンのドーズ量が比較的少ない方がSiO_2の結晶性が良いことがわかった。311面のシリコンウエハの熱酸化膜については、その構造は異なるが111面、001面と同様に酸化膜に結晶性があることがわかった。

Research Products

• [Publications] Takayoshi Shimura: "Existence of an Epitaxially 0rdered Phase in the Buried Oxide of SIMOX Wafers"Solid State Phenomena. 82-84. 485-490 (2001)
• [Publications] Takayoshi Shimura: "Formation of Epitaxially 0rdered Si0_2 in Oxygen-implanted Silicon durirg Thermal Annealing"J. Cryst. Growth. 263. 37-40 (2002)