2003 Fiscal Year Annual Research Report
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14550020
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| Research Institution | Institute of Physics, University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
白石 賢二 筑波大学, 物理学系, 助教授 (20334039)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植松 真司 日本電信電話株式会社, 物性科学基礎研究所, 主任研究員
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| Keywords | シリコン / 熱酸化 / シリコン酸化膜 / 界面 / 理論 / シミュレーション / 第一原理計算 / 拡散 |
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| Research Abstract |
本年度はシリコン/シリコン酸化膜における界面反応がシリコン酸化膜中のシリコン原子の自己拡散、さらに不純物の拡散に与える影響を第一原理計算並びに連立拡散方程式によって検討した。
(1)第一原理計算でシリコン酸化膜中のボロン不純物の拡散過程を詳細に検討した。その結果、ボロン原子は酸素の存在下ではシリコン基板からシリコン酸化膜中に拡散し、さらにBO複合体を形成することが示された。BO複合体中のBは+1の荷電状態では周囲の3個の酸素と3配位の状態をとりエネルギー的に極めて安定である。BO複合体はシリコン酸化膜中を頻繁にボンドの組み替えを起こしながら拡散する。この過程に対応する拡散バリアはおよそ2.6eV程度で、実験で観測されるシリコン酸化膜中のボロンの拡散バリアと一致することがわかった。本結果はシリコン酸化膜中の拡散に有益な示唆を与える。BO複合体はBがシリコン酸化膜中のSiの置換サイトに存在する場合にはB不純物とSiOの複合体と見ることができる。このことはSiOが生じやすいと考えられる界面付近ではボロンの拡散が促進されることを示唆している。
(2)シリコン/シリコン酸化膜界面における分解反応によるSiOの形成を考慮した連立拡散方程式により、シリコン酸化膜中のシリコン原子の自己拡散を検討した。その結果、SiOの濃度が高いと考えられる界面付近は他の場所に比べてシリコン自己拡散が極めて大きくなることが示された。理論的に予言された本結果は、詳細なSIMS測定によって確認された。
こうして本研究を通じて得られた結果は極めて示唆的である。すなわちシリコン/シリコン酸化膜界面は極めて安定で良好な界面と考えられていたのであるが、その存在自体が絶縁膜中の物理現象に影響を及ぼすということが本研究によって見い出された。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] M.Otani, K.Shiraishi, A.Oshiyama: "Theoretical study on stable structures and diffusion mechanisms of B in SiO_2"Applied Surface Science. 216. 490-496 (2003)
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[Publications] S.Fukatsu, S.Fukatsu, T.Takahashi, K.M.Itoh, M.Uematsu, A.Fujiwara, H.Kageshima, Y.Takahashi, K.Siraishi, U.Gosele: "Effect of the Si/SiO_2 interface on self-diffusion of Si in semiconductor-grade SiO_2"Applied Physics Letters. 83. 3897-3899 (2003)
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[Publications] M.Otani, K.Shiraishi, A.Oshiyama: "First-principles calculations of boron-related defects in SiO_2"Physical Review B. 68. Art. No.184112 (2003)
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[Publications] S.Fukatsu, T.Takahashi, K.M.Itoh, M.Uematsu, A.Fujiwara, H.Kageshima, Y.Takahashi, K.Shiraishi: "The effect of partial pressure of oxygen on self-diffusion of Si in SiO_2"Japanese Journal of Applied Physics Part 2. 42. L1492-L1494 (2003)
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[Publications] M.Otani, K.Shiraishi, A.Oshiyama: "Charge-state-dependent boron diffusion in SiO_2"Physica B. 340. 949-952 (2003)
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[Publications] M.Uematsu, H.Kageshima, Y.Takahashi, S.Fukatsu, K.M.Itoh, K.Shiraishi, U.Gosele: "Modeling of Si self-diffusion in SiO_2 : Effect of the Si/SiO_2 interface including time-dependent diffusivity"Applied Physics Letters. 84. 876-878 (2004)
