表面キャリア伝導モジュレーションによる半導体表面反応の精密分析・制御の研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452166
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 森田 瑞穂 東北大学, 工学部, 助教授 (50157905)
• 研究分担者: 柴田 直 東北大学, 工学部, 助教授 (00187402) ; 大見 忠弘 東北大学, 工学部, 教授 (20016463)
• キーワード: 半導体表面 / 酸化 / 半導体薄膜成長

研究概要

半導体表面での表面準位とキャリアの応答を観測することにより、半導体表面のダングリングボンド終端状態の精密分析が可能であることを明らかにする目的に対して、金属ー酸化膜ー半導体(MOS)ダイオードの酸化膜相当部分を取り除いた擬ダイオード構造を製作し、擬ダイオード構造の高周波数容量ー電圧(CーV)特性を測定することにより、半導体表面のダングリングボンド終端状態を表面とキャリアの応答により分析が可能であることを実証している。さらに、半導体(シリコン)表面のダングリングボンドが水素で終端されている状態および酸素で終端されている状態の擬ダイオード構造の高周波数容量ー電圧測定から、水素終端表面および酸素終端表面の表面準位密度は低いことを示す知見が初めて得られている。
半導体表面の表面反応過程(酸化、半導体成膜過程)の精密分析が可能であることを明らかにする目的に対しては、表面反応の精密分析を行うために、表面反応過程を精密に制御する酸化方法および半導体成膜方法を開発している。半導体(シリコン)の昇温過程において、水素終端表面からの水素脱離に伴い、半導体表面が雰囲気の残留酸素あるいは残留水分により部分的に酸化され、あるいは部分的にエッチングされる知見を基に、半導体の酸化過程においては、超清浄雰囲気での昇温および水素脱離前の1分子層酸化膜形成による表面保護により、高品質酸化膜が制御性良く形成できることを実証している。また、半導体の成膜過程においては、昇温中の半導体表面に原料ガスを照射することにより、酸化物の成長を抑制し、高品質半導体単結晶薄膜が制御性良く形成できることを実証している。さらに、半導体表面反応の不安定要因となる帯電を、雰囲気ガスへの紫外光照射により、除去する方法を開発している。

研究成果

• [文献書誌] T.Ohmi,M.Morita,A.Teramoto,K.Makihara,and K.S.Tseng: "Very thin oxide film on a silicon surface by ultraclean oxidation" Applied Physics Letters. 60. 2126-2128 (1992)
• [文献書誌] N.Terada,T.Haga,N.Miyata,K.Moriki,M.Fujisawa,M.Morita,T.Ohmi,and T.Hattori: "Optical absorption in ultraclean silicon oxide films near the SiO_2/Si interface" PHYSICAL REVIEW B. 46. 2312-2318 (1992)
• [文献書誌] H.Inaba,T.Ohmi,M.Morita,M.Nakamura,T.Yoshida,and T.Okada: "Neutralization of Water Charging in Nitrogen Gas" IEEE Transaction on Semiconductor Manufacturing. 5. 359-367 (1992)
• [文献書誌] K.MAKIHARA,A.TERAMOTO,K.NAKAMURA,M.Y.KWON,M.MORITA and T.OHMI: "Preoxide-Controlled Oxidation for Very Thin Oxide Films" Japanese Journal of Applied Physics. 32. 294-297 (1993)
• [文献書誌] K.Yamada,M.Morita,C.M.Soh,H.Suzuki,and T.Ohmi: "Low-Temperature Silicon Epitaxy Using Gas Molecular-Flow Preshowering" Journal of Electrochemical Society. 140. 371-377 (1993)