マイクロ波励起プラズマによる低誘電率/高誘電率薄膜形成プロセスの研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450111
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 平山 昌樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70250701)
• 研究分担者: 大見 忠弘 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20016463)
• キーワード: マイクロ波 / 高密度プラズマ / 強誘電体 / 低温プラズマ酸化 / バッファ層 / シリコン窒化膜 / Kr / O_2

研究概要

本研究の目的は、開発したマイクロ波励起高密度プラズマ装置により、誘電率280以上の高品質な強誘電体薄膜形成プロセス技術を確立することである。その為の基礎技術として、まず結晶化のための低温プラズマ酸化技術を確立する。また、強誘電体とシリコン界面のバッファ層として、低温プラズマやシリコン窒化膜形成技術を確立する。マイクロ波励起高密度プラズマ装置は、我々が既に独自開発しており、その結果、高密度(>1×10^<12>cm^<-3>)、大口径均一(300mm ウェハ上で±3%以下)プラズマの生成に成功している。この技術を用いると、マイクロ波によって励起されたプラズマで、半導体基板に入射するイオンのエネルギーを7eV以下にまで下げることが可能であり、一切ダメージのない高品質な薄膜の形成が可能となる。本研究では他に類を見ないこの技術を用いることにより、Kr/O_2プラズマを用いて、400℃という極めて低い温度での直接酸化技術に成功した。また、400℃〜500℃の低温において化学量論的なシリコン窒化膜の形成に成功した。さらに成膜雰囲気に水素を添加することによりシリコン窒化膜中の電荷トラップを水素で終端し、熱酸化法により形成されたシリコン酸化膜とほぼ同等の固定電荷密度・界面準位密度を有するシリコン窒化膜の形成が可能であることを明らかにした。また、従来の熱窒化法で形成されたシリコン窒化膜同様、ボロンや酸素の拡散に対し、非常に高いバリア性を示すことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Masaki Hirayama: "Low-Temperature Growth of High-Integrity Silicon Oxide Films by Oxygen Radical Generated in High-Density Krypton Plasma"Technical Digest,International Electron Devices Meeting 1999. 249-252 (1999)
• [文献書誌] 平山昌樹: "マイクロ波励起高密度プラズマを用いた薄膜形成技術"第32回超LSIウルトラクリーンテクノロジーシンポジウム. 124-129 (1998)
• [文献書誌] Tadahiro Ohmi: "Low-Temperature Formation of SiO_2 and High Dielectrics for ULSI in 21st Century"Proceedings of Materials Research Society 1999 spring meeting. Vol.567. 3-12 (1999)
• [文献書誌] Tadahiro Ohmi: "Novel TFT Manufacturing with Microwave Excited High-density and Low Electron Temperature Plasma"Proceedings of The Sixth International Display Workshop. 159-162 (1999)
• [文献書誌] Yuuji Saito: "Ultra-Low Temperature Formation of Si nitride film by Direct Nitridation employing High-Density and Low-Energy Ion Bombardment"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.38. 2329-2332 (1999)
• [文献書誌] Katsuyuki Sekine: "Silicon nitride film growth for advanced gate dielectric at low temperature employing high-density and low-energy ion bombardment"Journal of Vacuum Science and Technology. A Vol.17. 3129-3133 (1999)