| 研究課題/領域番号 |
18360027
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
植松 真司 慶應義塾大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60393758)
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| 研究分担者 |
影島 博之 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (70374072)
渡邉 孝信 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (00367153)
白石 賢二 筑波大学, 数理物質科学研究科, 教授 (20334039)
伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30276414)
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| キーワード | 表面・界面物性 / マイクロ・ナノデバイス / 計算物理 / シリコン酸窒化 / 自己拡散 |
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| 研究概要 |
1.ミクロレベル理論計算
第一原理計算によって、酸化膜/Si界面近傍の酸化膜中の水分子の拡散および界面酸化反応の機構を調べた。その結果、酸化膜中において水分子はシラノール基として存在し、そのシラノール基が格子間水分子を経由して酸化膜中を拡散することが判った。この構造変化によって酸化膜と水分子の間での酸素原子の交換を頻繁に起こしながら酸化膜中を水分子が拡散していくという機構を明らかにした。また、酸化膜中の窒素、一酸化窒素、亜酸化窒素分子の固溶と拡散について、第一原理計算と「トラップーホッピング仮説」に基づいて検討を行った。窒素分子の固溶と拡散については実験値を矛盾無く説明することに成功した。一酸化窒素、亜酸化窒素分子の固溶と拡散については、一酸化窒素は酸素とほぼ同じ、亜酸化窒素は固溶が窒素とほぼ同じで拡散は遅いと予測できた。
2.ナノ構造酸窒化実験とマクロプロセスシミュレーション
前年度に構築した2次元ナノ酸窒素プロセスシミュレータを用いて、酸化膜中の窒素濃度変化によって、酸化後のシリコン形状やシリコン内部に生じる歪・応力がどのように変化するかを調べた。窒素濃度が高いほど、酸化膜粘性係数の活性化体積が小さくなり、酸化膜の粘性が増加する。そのために、歪・応力で酸化速度が遅くなり、酸窒化膜形成後の酸化が抑えられることが判った。また、酸窒化後にアニール処理を行っても、形状変化や歪・応力の緩和はごく僅かであることを明らかにした。
この計算結果は、幅30〜400nmのシリコン細線構造を酸窒化した試料のTEM分析結果をよく再現した。
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