新規な界面反応・界面化合物を用いる半導体デバイス

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355003
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小林 光 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (90195800)
• 研究分担者: 戸所 義博 松下電子工業, 半導体事業本部企画部, 主幹研究員 ; 米田 健司 松下電子工業, プロセス開発センター, 主任研究員 ; 高橋 昌男 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (00188054)
• キーワード: 界面準位 / 欠陥準位 / シアン処理 / MOS / SiO_2 / リーク電流 / Si-CN結合 / 白金触媒

研究概要

低速電子衝撃によって生成した窒素プラズマを用いて二酸化シリコン膜を窒化してシリコンオキシナイトライド薄膜を形成した。更に形成したシリコンオキシナイトライド薄膜上に白金膜を約3nm堆積し酸素中300℃で加熱する白金処理を施すことによって、電気特性の向上を試みた。この白金処理を施すことによって界面準位密度及び固定電荷密度が大幅に低下することを見出した。これらの電気特性の向上は、白金から注入されたO^-イオンが欠陥準位と反応しこれが消滅するためと結論した。更に、白金処理を用いてリーク電流密度を観測限界(10^<-10>Acm^<-2>)以下に低減することにも成功した。このリーク電流密度の低下は欠陥準位密度、界面準位密度の低下に加え、オキシナイトライド膜の膜厚の薄い部分で電界が強くなる結果、O^-イオンの界面への移動が促進され、そこで酸化反応が選択的に進行する結果、膜厚の均一性が向上したために起こったと結論した。
硝酸に浸漬することにより形成した化学酸化膜のゲート絶縁膜への応用を検討した。加熱中、酸素や水を除去することによって、酸化膜厚の増加を1.3nm(加熱前)から1.4nm(加熱後)とほとんどなくすことに成功した。酸化膜形成後加熱処理を施さない場合、サブオキサイド及びOHが酸化膜中に高密度で存在し、リーク電流密度は高かった。一方、窒素中900℃で加熱することによって、OHは完全に消失し、サブオキサイドの量も減少した。また、原子密度が増加し、誘電率も増加した。加熱処理の結果、リーク電流密度は1/100に減少し、ゲート電圧1.5Vの時0.05Acm^<-2>という低い電流密度を得ることに成功した。

研究成果

• [文献書誌] E.Kanazaki: "Passivation of trap states in polycry stalline Siby cyanide treatments"Solid State Commun.. 113. 195-199 (2000)
• [文献書誌] J.Ivanco: "Unpinning of the Au/GaAs interfacial Fermi level by means of ultrathin undoped silicon interlayer in clusion"J.Appl.Phys. 87. 795-800 (2000)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "New spectroscopic method for observation of semi-conductor interface states and its application to MOS structure"Acta Physica Slov.. 50. 461-475 (2000)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Decrease in gap states a ultrathin SiO_2/Si interfaces by crown-ether cyanide treatment"Appl.Phys.Lett.. 77. 4392-4294 (2000)
• [文献書誌] E.Rokuta: "Low leakage current characteristics of YMnO_3 on Si (III) using an ultrathin buffer layer of silicon oxynitride"J.Appl.Phys.. 88. 6598-6604 (2000)
• [文献書誌] T.Sakurai: "Sic/SiO_2 interface states observed by x-ray photoelectron spectroscopy measurements under bias"Appl.Phys.Lett.. 86. 96-98 (2001)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Formation of SiO_2/Sic structure at 203℃ by use of perchloric acid"Appl.Phys.Lett.. 86. (2001)
• [文献書誌] 小林光: "界面、欠陥制御とソーラセル"マテリアルインテグレーション. 13. 37-43 (2000)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "New spectroscopic method for the observation of semiconductor interface states and its application to MOS structure"The Workshop of Solid State Surfaces and Interfaces II. 4 (2000)