新規な界面反応・界面化合物を用いる半導体デバイス

2001 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 松下電気産業, 半導体事業本部企画部, 主任研究員 ; 米田 健司 松下電気産業, 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: シリコン / SiO_2 / シアン処理 / 白金処理 / 界面準位 / 欠陥準位 / リーク電流 / MOS

研究概要

LSIの集積度の増加に伴い、SiO_2膜の膜厚が減少し、これを流れるリーク電流が最も大きな問題となっている。リーク電流密度を減少させるため、(1)シアン処理(シリコンをKCN溶液に浸漬しその後洗浄するだけの簡単で低温で行える処理)、(2)白金処理(SiO_2/Si構造に〜3nmの白金を堆積し、酸素中300℃で加熱する処理)を行った。シアン処理を単結晶Si/〜2nmSi0_2構造に施すことによって界面準位が消滅した結果リーク電流密度が1/3〜1/8に減少した。また、シアン処理を多結晶Si/Si0_2構造に施した場合、界面準位及び多結晶シリコン中のトラップ準位が消滅することによってリーク電流密度が1/15〜1/100と大幅に減少した。白金処理を〜9nmSi0_2/Si構造に施した場合、リーク電流密度が1/5000と極めて小さくなった。さらに、白金処理を1.2nmSi0_2/Si構造に施した場合、酸化膜厚は1.4nmとわずかに増加するが、リーク電流密度は〜1/200になり同じ膜厚を持つ熱酸化膜よりも低いリーク電流密度を達成することに成功した。白金処理によるリーク電流密度の低減を、(1)0^-イオンと欠陥準位、界面準位の反応によるそれらの消滅(2)SiO_2膜厚の均一化によるやのと結論した。白金処理後Si0_2膜を除去したシリコン表面は、処理前より平坦になっていることをAFMによって確認した。また、SiC/Si0_2構造を低温で作成する方法として、過塩素酸酸化法を開発した。この方法を用いて200℃という低温で20nm以上の膜厚を持つSi0_2膜の形成が可能で、950℃でpost-metalization anneal処理を施した場合、伝導帯下端から0.5eVの位置で1x10^<11>cm^<-2>eV^<-1>という低い界面準に密度を達成することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] T.Sakurai, M.Nishiyama, Y.Nishioka, H.Kobayashi: "Electrical properties of the silicon oxide/si stnictve formed with perchlonic acid at 203℃"Solid State Communications. 118. 391-394 (2001)
• [文献書誌] T.Sakurai, J.W.park, Y.Nishioka, M.Nishiyama, H.Kobayashi: "SiC/SiO_2 Stnicture formed at 〜200℃ with heat treazment at 950℃ haug excellent electrical characteristics"Jpn. J. Appl. Phys.. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] H.Kobayashi, N.fujiwara, D.Ninobe, O.Maida, M.takahashi: "Complete prevention of photo-degradation of amorphous si films by crown-ether oyanide treatment"Proceadings of the 17th European Photovoltaic Solar Energy Conterence and Exhibizion. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] M.takahashi, A.Asano, O.Maida, H.Kobayashi: "Improvement of polycrystalline si-based solar cells characheristics by cyanide treazment"Proceedings of the 17th European Photovoltaic Solar Energy Conterence and Exhibizion. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] O.Maida, T.fujinaga, M.Takahashi, H.Kobayashi: "Improvement of amorphous silicon PIN junction solar cell characteristics by crown-ether cyanide treazment"Proceedings of the 17th European Photovoltaic Solar Energy Conterence and Exhibizion. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] T.Sakurai, J.W.park, Y.Nishioka, M.Nishiyama, H.Kobayashi: "SiC/SiO_2 Stnicture formed at 〜200℃ with excellent electrical characteristics"Extended Abstracts of the 2001 International Conterence on Solid State Devices and Materials. 354-355 (2001)