ナノメータLSI用極薄SOI基板の結晶評価と不純物拡散モデリングの研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550323
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 荒井 英輔 名古屋工業大学, 工学部・電気情報工学科, 教授 (90283473)
• 研究分担者: 内田 秀雄 名古屋工業大学, 工学部・電気情報工学科, 助手 (10293739) ; 市村 正也 名古屋工業大学, 工学部・電気情報工学科, 助教授 (30203110)
• キーワード: シリコンLSI / 極薄SOI / 埋込み酸化膜 / キャリア分布 / ニュードナー / 不純物拡散 / ひ素 / アンチモン

研究概要

今後の超高速・低消費電力シリコンLSI用基板として期待されている極薄SOI(Silicon-on-Insulator)を実用化するため、(i)SOI基板中キャリア濃度分布の熱処理による変化、(ii)各種極薄SOI基板の結晶性評価、(iii)SOI基板とバルク基板中の不純物拡散とSi-Sio_2界面での不純物の偏析現象について検討し、以下の結果を得た。
1.SOI基板中のキャリア分布を拡がり抵抗法で測定した。1μm以上の活性層を有する厚いSOI基板では1000℃付近での熱処理により埋込み酸化膜界面のキャリア分布が変化し、P型SOIでは反転層を、n型SOIでは蓄積層を形成することが分かった。この現象は埋込み酸化膜の界面準位の変化によらて生じると推定される。1μmより薄いSOI基板では700-800℃での熱処理によりSOI中のn型キャリアの増加が観測され、この現象は酸素複合欠陥のニュードナーによるものと考えられる。
2.代表的極薄SOIのSIMOX, UNIBOND, ELTRANについてボロン拡散分布を2次イオン質量分析(SIMS)法を用いて比較した。その結果、バルク基板に比べて、SOI基板中の方が拡散が遅いこと、SOI基板の中ではUNIMOND、ELTRANに比べてSIMOX中の拡散が遅いことがわかった。シミュレータを用いてこれらの実験結果を解析し、各種SOI基板の活性層と埋込み酸化膜界面の結晶性の違いを定量化した。
3.SOI基板とバルク基板中での各種不純物拡散分布をSIMS法を用いて比較した。拡散係数が大きい燐(P)やボロン(B)ではバルク中に比べてSOI基板中で拡散が遅れるが、拡散係数が小さいひ素(As)やアンチモン(Sb)ではバルクとSOI基板での差が見られなかった。これらは過剰点欠陥濃度分布が拡散係数の大小に強く依存するためと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Y.Shibata, M.Ichimura, E.Arai: "As and Sb diffusion profiles in thin silicon-on-insulator wafers"Extended Abstracts of the 3^<rd> International Workshop on Junction Technology. 89-90 (2002)
• [文献書誌] H.Uchida, M.Ichimura, E.Arai: "Boron Diffusion Profiles in Ultrathin Silicon-on-Insulator Structures and Their Relation to Crystalline Quality"Jpn. J. Appl. Phys.. 41. 4436-4441 (2002)
• [文献書誌] M.Ichimura, S.Ito, E.Arai: "Changes in carrier profiles of bonded SOI wafers with thermal annealing measured by the spreading resistance method"Solid-State Electronics. 46. 545-553 (2002)
• [文献書誌] T.Ichino, H.Uchida, M.Ichimura, E.Arai: "Sb Pile-up at Oxide and Si Interface during Drive-in Process after Predeposition Using Doped Oxide Source"Jpn. J. Appl. Phys.. 42(掲載予定). (2003)
• [文献書誌] E.Arai, D.Iida, H.Asai, Y.Ieki, H.Uchida, M.Ichimura: "Applicability of Phosphorus Boron Diffusion Parameters Extracted from Predeposition to Drive-in Diffusion for Bulk and silicon-on-Insulator"Jpn. J. Appl. Phys.. 42(掲載予定). (2003)