インピーダンス分光を用いた誘電体内の高精度ナノ欠陥解析手法と制御プロセスの開発

利用阻抗谱开发介电材料高精度纳米缺陷分析方法和控制过程

基本信息

批准号：
20J15696
负责人：
久山智弘
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は、シリコン（Si）系絶縁体薄膜のプラズマ加工中に形成される欠陥（プラズマ誘起欠陥：PID）の電気的振る舞いや形成過程を理解し、革新的PID検出・制御を実現することを目的としている。最終年度は、Si窒化膜（SiN）/Si構造の界面近傍に形成されるPIDを詳細に評価する手法を提案した。SiN/Si界面近傍を、界面を境界としてSiN領域およびSi基板領域に分類した。各領域に形成されるPIDに対し、有効な測定条件および等価回路モデルを検討した。Si基板の界面近傍が蓄積および空乏状態になるように印加電圧を変化させ、PIDを含むHg/SiN/Si(MIS)構造のアドミタンスの周波数依存性を測定した。蓄積状態で得られたアドミタンスはSiN領域のトンネルリーク電流、空乏状態で得られたアドミタンスはSi基板領域のキャリア生成・再結合電流に基づく等価回路モデルを用いて解析した。HeとArプラズマ曝露を比較し、PIDの空間分布とエネルギー分布がガス種に依存することを見出した。以上の結果はJournal of Applied Physics誌に掲載された。なお、本研究成果の一部に対して応用物理学会講演奨励賞が授与された。また、高エネルギー光照射によるPID形成過程（光照射ダメージ）の新しい物理モデルを提案した。フォトンドーズ量に相当するプラズマ曝露時間を変化させ、PIDの時間発展を解析した。容量-電圧測定結果から光照射ダメージを受けた二酸化シリコン膜（酸化膜）の帯電量を評価した結果、プラズマ曝露初期は帯電量が増加し、その後減少に転じることが分かった。一方、酸化膜を流れるトンネルリーク電流は、プラズマ曝露時間増加に伴い単調に増加した。これらの結果から、正と負に帯電する２種類の欠陥が、異なる時間スケールで形成されることを実験的に明らかにした。以上の結果は国際学会DPS2021にて報告した。

本研究的目的是了解硅（Si）基绝缘体薄膜等离子体加工过程中形成的缺陷（等离子体诱导缺陷：PID）的电学行为和形成过程，并实现创新的PID检测和控制的目的。是去年，我们提出了一种详细评估氮化硅薄膜（SiN）/Si结构界面附近形成的PID的方法。 SiN/Si界面附近的区域以该界面为边界分为SiN区域和Si衬底区域。我们研究了每个区域形成的 PID 的有效测量条件和等效电路模型。通过改变所施加的电压以使Si衬底的界面附近处于累积和耗尽状态来测量包括PID的Hg/SiN/Si(MIS)结构的导纳的频率依赖性。使用SiN区域中的隧道泄漏电流来分析累积状态下获得的导纳，并且使用基于Si衬底区域中的载流子生成/复合电流的等效电路模型来分析耗尽状态下获得的导纳。我们比较了 He 和 Ar 等离子体暴露，发现 PID 的空间和能量分布取决于气体种类。上述成果发表在《应用物理学杂志》上。该研究的部分成果荣获日本应用物理学会演讲鼓励奖。我们还针对高能光照射引起的PID形成过程（光照射损伤）提出了新的物理模型。通过改变与光子剂量相对应的等离子体暴露时间来分析 PID 的时间演化。根据电容-电压测量结果评价因光照射而受损的二氧化硅膜(氧化膜)上的电荷量，结果发现，在等离子体暴露的初始阶段，电荷量增加，然后开始减少。另一方面，流经氧化膜的隧道漏电流随着等离子体暴露时间的增加而单调增加。从这些结果中，我们通过实验揭示了两种类型的带正电和带负电的缺陷是在不同的时间尺度上形成的。上述结果已在国际会议DPS2021上报告。