プロセス科学に基づくLSI絶縁膜の最適化に関する研究

• Project/Area Number: 11J10745
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Meiji University
• Research Fellow: 永田 晃基 明治大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 二酸化シリコン / 大規模集積回路 / X線回折法 / 小角散乱法 / 動径分布関数 / SiO2薄膜 / 微小角入射X線回折 / プラズマ酸化 / 半導体集積回路 / 半導体LSI / 光電子分光法

Research Abstract

本研究課題はLSI用絶縁膜に関するプロセス科学の確立を主眼としており、SiO2薄膜の構造や秩序性を明らかにすることによって、酸化メカニズムや薄膜特性の理解を目的としている。本年度は、SiO2薄膜に対してより詳細な結晶様構造の把握および新たに短距離から中距離秩序性の評価を実施した。前回の報告で述べたが、微小角入射X線回折法(GIXD)の結果より、SiO2極薄膜中には非晶質構造とともに、クリストバライト結晶と類似性の高い結晶様構造が形成されていることが示された。本年度はより詳細な評価を行うために、入射角を変えることによる侵入長の制御および酸化温度依存性の評価を行った。X線入射角度の制御により結晶様構造が界面に存在し、界面における格子面間隔のピニングが示唆された。また、酸化温度800～1100℃について評価したところ、いずれの場合も結晶様構造に起因すると考えられる回折ピークが得られた回折ピーク位置より、酸化温度の上昇に伴って格子定数が小さくなっており、酸化温度によって形成される結晶様構造に変化が生じていることを示唆された。
また、放射X線の利用による散漫散乱の観測およびその解析手法について検討した。本研究では微小角入射広角X線散乱および小角散乱法により、短～中距離秩序性の評価を行った。X線広角散乱では、動径分布関数を推定し、各原子間の相関(Si-Si、Si-O、O-O)を得ることが出来た。また、小角散乱では密度分布についてそのサイズや形状に関する知見を得ることが出来き、膜密度が高いほど散乱体のサイズが大きいという傾向が見られた。これらの結果より、SiO2薄膜中の構造や秩序性は酸化プロセスに依存していることが確認され、シンクロトロン放射光を用いた評価技術が数nmの極薄膜の評価に有効であることが示された。また、得られた構造的な情報は酸化反応を検討する上で重要な知見であると言える。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of phonon confinement in ultrathin-film silicon-on-insulator by Raman spectroscopy (2014)
  • Author(s): K. Nagata, M. Takei, A. Ogura and K. Uchida
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 53 Issue: 3 Pages: 32401-32401
  • DOI: 10.7567/jjap.53.032401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of Stress Induced by Plasma Assisted ALD SiN Film (2013)
  • Author(s): K. Nagata, M. Nagasaka, T. Yamaguchi, A. i Ogura, H. Oji, J. Son, I. Hirosawa, Y. Watanabe, and Y. Hirota
  • Journal Title: ECS Transactions Volume: 53 Issue: 3 Pages: 51-56
  • DOI: 10.1149/05303.0051ecst
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 微小角入射X線回折法を用いたSiO2薄膜中の結晶相の評価 (2012)
  • Author(s): 永田晃基、山口拓也、小椋厚志、小金澤智之、廣澤一郎、諏訪智之、寺本章伸、服部健雄、大見忠弘
  • Journal Title: IEICE Technical Report Volume: 112 Pages: 11-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of Al2O3 Films for MANOS Memory Device with Oxygen Infusion by Gas Cluster Ion Beam (2011)
  • Author(s): K.Nagata, H.Hashiguchi, T.Yamaguchi, A.Ogura, H.Oji, J.Son, I.Hirosawa, Y.Tanaka, Y.Hirota, J.Gumpher, K.Yamashita
  • Journal Title: ECS Transaction Volume: 41 Issue: 3 Pages: 109-114
  • DOI: 10.1149/1.3633026
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 微小角入射X線小角散乱及び広角散乱によるSiO2薄膜中の短距離秩序性の評価 (2014)
  • Author(s): 永田晃基, 徳武寛紀, 長坂将也, 小椋厚志, 廣沢一郎, 諏訪智之, 寺本章伸, 服部健雄, 大見忠弘
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-18
• [Presentation] Evaluation of Stress Induced by Plasma Assisted ALD SiN Film (2013)
  • Author(s): K. Nagata, M. Nagasaka, T. Yamaguchi, A. Ogura, H. Oji, J. Son, I. Hirosawa, Y. Watanabe, Y. Hirota
  • Organizer: 223rd ECS Meeting
  • Place of Presentation: The Sheraton Centre Toronto Hotel, TorontoJ Ontario, Canada
  • Year and Date: 2013-03-13
• [Presentation] Detection of Crystalline Like Structures in SiO2 Thin Films Formed Using Oxygen Molecules/Radicals (2012)
  • Author(s): K. Nagata, T. Yamaguchi, A.Ogura, T. Koganezawa, I.Hirosawa, T. Suwa, A.Teraraoto, T. Hattori, T. Ohmi
  • Organizer: 6th International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Materials
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 2012-11-20
• [Presentation] 微小角入射X線回折による熱酸化およびラジカル酸化SiO2薄膜中の結晶様構造の評価 (2012)
  • Author(s): 永田晃基、山口拓也、小椋厚志、小金澤智之、廣澤一郎、諏訪智之、寺本章伸、服部健雄、大見忠弘
  • Organizer: 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Evaluation of Al2O3 Films for MANOS Memory Device with Oxygen Infusion by Gas Cluster Ion Beam (2011)
  • Author(s): K.Nagata, H.Hashiguchi, T.Yamagichi, A.Ogura, H.Oji, J.Son, I.Hirosawa, Y.Tanaka, Y.Hirota, J.Gumpher, K.Yamashita
  • Organizer: 220th ECS Meeting
  • Place of Presentation: Boston, U.S.A
  • Year and Date: 2011-10-10
• [Presentation] Impacts of interfacial strain on Crystal-Truncation-Rod (CTR) scattering around 110 forbidden reflections (2011)
  • Author(s): K.Nagata, M.Hattori, D.Kosemura, M.Takei, A.Ogura, T.Koganezawa, I.Hirosawa, T.Suwa, A.Teramoto, T.Hattori, T.Ohmi
  • Organizer: International Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors
  • Place of Presentation: Miyazaki, Japan
  • Year and Date: 2011-09-28
• [Presentation] Structural analysis of atomically flat SiO2/Si interface using CTR scattering around the 110 forbidden reflection (2011)
  • Author(s): K.Nagata, M.Hattori, D.Kosemura, M.Takei, A.Ogura, T.Koganezawa, I.Hirosawa, T.Suwa, A.Teramoto, T.Hattori, T.Ohmi
  • Organizer: E-MRS 2011 SPRING MEETING
  • Place of Presentation: France, Nice
  • Year and Date: 2011-05-10
• [Presentation] GCIB酸素照射によるMANOSメモリ用Al2O3膜の改質効果 (2011)
  • Author(s): 永田晃基, 橋口裕樹, 山口拓也, 小椋厚志, 陰地宏, 孫珍永, 広沢一郎, 田中義嗣, 廣田良浩, John Gumpher, 山下浩二
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-05-10