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2009 Fiscal Year Annual Research Report

高精度に制御された極薄シリコン酸化膜を利用した特性バラツキ抑制技術の研究開発

Research Project

Project/Area Number 20035002
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

山部 紀久夫  University of Tsukuba, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (10272171)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 蓮沼 隆  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (90372341)
Keywords極薄シリコン酸化膜 / 原子的平坦性 / ラフネス / 絶縁破壊 / 膜厚均一性 / 信頼性 / バラツキ / 熱酸化
Research Abstract

極薄シリコン酸化膜の長期信頼性の劣化要因について研究し、電圧ストレスによる膜中の電荷捕獲速度は大きく膜質に依存するが、絶縁破壊寿命はむしろ界面・表面の平坦性に大きく支配されることを明らかにした。つまり、局所的に薄膜化した場所で、劣化が先行し、絶縁破壊しきい値に早く到達し、そこで絶縁破壊に至ることが明らかとなった。このような薄膜化モデルは、すでに報告されているが、実証されたのは今回が始めてである。
そして、原子的に平坦なシリコン表面を用いることにより、熱酸化により、表面・界面のラフネスが変化し、膜厚とともに、均一性が劣化することが明らかとされた。
熱酸化シリコン酸化膜表面の同一箇所を観察することにより、熱酸化の進行とともに、ラフネスの高低差が大きくなる。つまり、初期に形成された凸部が、その後の熱酸化とともに、高さを増して成長していくことが明らかとされた。初期シリコン表面は原子的に平坦であることから、凸部になるという特別な要素は見出すことはできない。加えて、表面・界面の凹凸の対応に注目すると、表面の凸部は界面の凹部に対応し、表面の凹部は界面の凸部に対応する箇所が多く見られた。つまり、界面での局所的な酸化が、表面の凸部成長に繋がっていることが明らかとなった。これらの微視的な観察は、熱酸化を原子論的に議論する上で極めて有効な情報を提供することが明らかとなった。
また、熱酸化におけるこのような不均一酸化は、MOSFETなどの特性の信頼性ばかりでなく、初期特性にも、影響を与え、種々の特性バラツキをもたらす原因になることも、容易に推定でき、さらに、不均一性を抑制する技術の開発が必要である。

  • Research Products

    (18 results)

All 2009

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Improvement of Dielectric Properties on Deposited SiO2 Caused by Stress Relaxation with Thermal Annealing2009

    • Author(s)
      Mitsuru Sometani, Ryu Hasunuma, Masaaki Ogino, Hitoshi Kuribayashi, Yoshiyuki Sugahara, Kikuo Yamabe
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys 48

      Pages: 05DB03

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Roughness Increase on Surface and Interface of SiO2 Grown on Atomically Flat Si(111)Terrace2009

    • Author(s)
      K.Ohsawa, Y.Hayashi, R.Hasunuma, K.Yamabe
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys. 48

      Pages: 05DB02

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Changes in Concentrations of Copper and Nickel on Boron-Doped Czochralski-Grown Silicon Surface at Room Temperature2009

    • Author(s)
      R.Takeda, M.Narita, S.Tani-ike, K.Yamabe
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys 48

      Pages: 051201

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] シリコン酸化膜フェンス効果を利用した原子ステップの形状・速度制御2009

    • Author(s)
      鎌田勝也、尾崎亮太、矢田隆伸、蓮沼隆、山部紀久夫
    • Journal Title

      表面科学 30

      Pages: 422-426

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Degradation of Atomic Surface Flatness of SiO2 Thermally Grown on a Si Terrace2009

    • Author(s)
      K.Yamabe, K.Ohsawa, Y.Hayashi, R.Hasunuma
    • Journal Title

      Journal of Electrochemical Society 156

      Pages: G201-G205

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高温熱処理によるCVD-SiO2膜におけるリーク電流の抑制2009

    • Author(s)
      染谷満、蓮沼隆、荻野正明、栗林均、須ヶ原紀之、山部紀久夫
    • Organizer
      SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会 第18回講演会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20091217-20091218
  • [Presentation] Reversible and Irreversible Degradation Attributing to Oxygen Vacancy in HfSiON Gate Films during Electrical Stress Application", p.131-134 2009)2009

    • Author(s)
      R.Hasunuma, C.Tamura, T.Nomura, Y.Kikuchi, K.Ohmori, M.Sato, A.Uedono, T.Chikyow, K.Shiraishi, K.Yamada, K.Yamabe
    • Organizer
      Int.Electron Device Meeting 2009
    • Place of Presentation
      Baltimore, USA
    • Year and Date
      20091207-20091209
  • [Presentation] 熱処理によるCVD-SiO2の緻密化と圧縮応力緩和2009

    • Author(s)
      染谷満, 佐藤慎九郎, 荻野正明, 栗林均, 須ヶ原紀之, 上殿明良, 蓮沼隆, 山部紀久夫
    • Organizer
      薄膜・表面物理分科会・シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会
    • Place of Presentation
      三島
    • Year and Date
      20091022-20091023
  • [Presentation] Si(111)熱酸化膜表面・界面のラフネス成長2009

    • Author(s)
      林優介、清水哲夫、蓮沼隆、山部紀久夫
    • Organizer
      薄膜・表面物理分科会・シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会
    • Place of Presentation
      三島
    • Year and Date
      20091022-20091023
  • [Presentation] 表面・界面ラフネス低減による高信頼性極薄シリコン酸化膜2009

    • Author(s)
      佐藤慎九郎, 染谷満, 壁義郎, 北川淳一, 廣田良浩, 蓮沼隆, 山部紀久夫
    • Organizer
      薄膜・表面物理分科会・シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会
    • Place of Presentation
      三島
    • Year and Date
      20091022-20091023
  • [Presentation] High Reliable Silicon Dioxide Formation Technique with Plasma and Thermal Oxidation2009

    • Author(s)
      Y.Kabe, J.Kitagawa, Y.Hirota, S.Sato, Z.Lu, M.Sometani, R.Hasunuma, K.Yamabe
    • Organizer
      Int.Solid State Devices Materals(SSDM2009)
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      20091007-20091009
  • [Presentation] Long TDDB lifetime of SiO2 film by Controlling Degradation Rate and SiO2/Si Micro-roughness2009

    • Author(s)
      Y.Kabe, J.Kitagawa, Y.Hirota, S.Sato, M.Sometani, R.Hasunuma, K.Yamabe
    • Organizer
      216th Electrochem.Soc., Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Vienna, Austria
    • Year and Date
      20091004-20091009
  • [Presentation] Characterization of Threshold Voltage Shift by Negative Bias Temperature Stress in HfSiOx Films2009

    • Author(s)
      C.Tamura, T.Hayashi, K.Ohmori, R.Hasunuma, K.Yamabe
    • Organizer
      215th Electrochem.Soc., Spring Meeting
    • Place of Presentation
      SanFrancisco, USA
    • Year and Date
      20090524-20090529
  • [Presentation] Suppression of Leakage Current of TEOS-SiO2 with Bandgap Increasing by High Temperature Annealing2009

    • Author(s)
      M.Sometani, R.Hasunuma,. M.Ogino, H.Kuribayashi, Y.Sugahara, K.Yamabe
    • Organizer
      215th Electrochem.Soc., Spring Meeting
    • Place of Presentation
      SanFrancisco, USA
    • Year and Date
      20090524-20090529
  • [Presentation] 2-D Roughening of SiO2 Thermally Grown on Atomically Flat Si surface2009

    • Author(s)
      K.Yamabe, K.Ohsawa, Y.Hayashi, R.Hasunuma
    • Organizer
      215th Electrochem.Soc., Spring Meeting
    • Place of Presentation
      SanFrancisco, USA
    • Year and Date
      20090524-20090529
  • [Presentation] "Roughness Increase on Surface and Interface of SiO2 Grown on Atomically Flat Si(111)Terrace", The Third International Symposium on Atomic Technology(ISAT-3), (Tokyo, May 5-6,2009)2009

    • Author(s)
      K.Ohsawa, Y.Hayashi, R.Hasunuma, K.Yamabe
    • Organizer
      The Third International Symposium on Atomic Technology(ISAT-3)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20090505-20090506
  • [Presentation] Reliability Control of Silicon Dioxide Films by Radical and Thermal Oxidation2009

    • Author(s)
      Z.Lu, S.Sato, R.Hasunuma, K.Yamabe
    • Organizer
      The Third International Symposium on Atomic Technology(ISAT-3)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20090505-20090506
  • [Presentation] Effects of Thermal Annealing on CVD-SiO2 Films2009

    • Author(s)
      M.Sometani, S.Sato, M.Ogino, H.Kuribayashi, Y.Sugahara, A.Uedono, R.Hasunuma, K.Yamabe
    • Organizer
      The Third International Symposium on Atomic Technology(ISAT-3)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20090505-20090506

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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