高品質極薄Si系絶縁膜の低温形成と機能評価に関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650363
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 中島 寛 九州大学, 先端科学技術共同研究センター, 助教授 (70172301)
• 研究分担者: 古川 勝彦 九州大学, 先端科学技術共同研究センター, 助手 (40264121)
• キーワード: シリコン / 極薄絶縁膜 / ECRプラズマ / 低温薄膜形成 / 電気的機能性 / スパッタリング

研究概要

シリコン半導体デバイスにおける絶縁膜として、熱酸化膜は極めて重要な役割を果たして来た。しかしながら、近年の超々LSIでは膜圧10nm以下の絶縁膜が必要となり、その結果として、熱酸化膜の特性改善に対する研究ばかりでなく、熱酸化膜以外の極薄絶縁膜に対する研究が強く求められている。本研究では、高活性なプラズマの生成が容易に実現できるECR(Electron Cyclotron Resonance)マイクロ波プラズマとSiターゲットからのスパッタリングを組み合わせたECRスパッタ法を用いて、Si系絶縁膜を低温で堆積するプロセス技術を確立することを目的としている。本年度得られた成果は、以下の通りである。
(1)プラズマ条件を最適化することにより、130℃の低温で成膜速度23nm/min、絶縁破壊電界10MV/cmを有するSi酸化膜を形成する技術を確立した。また、膜構造をXPS、FTIR、エリプソメトリにより評価した。
(2)Si酸化膜堆積前にプラズマ酸化処理を行い、それに続く130℃での低温堆積と450℃でのアニールにより、9nmの極薄Si酸化膜の低温形成プロセスを確立した。このSi酸化膜は、絶縁破壊電界9MV/cm、界面準位密度1x10^<11>cm^<-2>eV^<-1>以下、固定電荷密度1x10^<11>cm^<-2>以下の機能を有する。
(3)酸素と窒素の混合プラズマを用いてプラズマ条件を最適化することにより、130℃の低温で、絶縁破壊電界13MV/cmを有するSi酸窒化膜が形成できることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Nakashima,K.Furukawa 他6名: "Low-temperature deposition of high-quality silicon dioxide films by sputtering-type electron cyclotron resonance plasma" J.Vac.Sci.Technol.A. 15. 1951-1954 (1997)
• [文献書誌] K.Furukawa,H.Nakashima 他4名: "In situ FT-IR reflective absorption spectroscopy for characterization of SiO2 thin films from deposited using sputtering-type electron cyclotron resonance microwave plasma" Appl.Surf.Sci.121/122. 228-232 (1997)
• [文献書誌] K.Furukawa,H.Nakashima 他4名: "In-situ infrared relective absorption spectroscopy characterization of SiN films deposited using sputtering-type ECR microwave plasma plasma" Appl.Surf.Sci.121/122. 233-236 (1997)
• [文献書誌] H.Nakashima,K.Furukawa 他6名: "Effect of preoxidation on deposition of thin-gate quality silicon oxide film at low by using a sputter-type electron cyclotron resonance plasma" J.Appl.Phys.82. 5680-5685 (1997)
• [文献書誌] H.Nakashima,K.Furukawa 他5名: "Deposition of high-quality silicon oxynitride film at low temperature by using a sputtering-type electron cyclotron resonance plasma" Jpn.J.Appl.Phys.36. L1692-L1694 (1997)