原料ガスの選択光励起による高品質窒化シリコンの推積と量子界面構造の形成

通过原料气体的选择性光激发估计高质量氮化硅并形成量子界面结构

• 批准号: 07750037
• 负责人: 吉本 昌広
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750037/
• 关键词: 量子界面構造; 直接光CVD法; 選択光励起; 時間分解質量分析法; 界面電気特性; 窒化シリコン; シリコン; MIS構造

本研究では光化学反応の選択性を活用して低温(300〜500℃)で高品質の窒化シリコンを推積し、ゲート絶縁膜として活用しうる優れた量子界面構造を形成することを目的としている。原料にSiH_4とNH_3を用いて、低圧水銀灯を光源とする直接光CVD法により、窒化シリコンを推積する。窒化シリコンの推積における気相反応を「その場観測」し、その解析結果を推積条件にフィードバックすることにより所期の良好な量子界面特性を得た。以下に具体的な結果を示す。[気相反応]推積中の気相反応を時間分析質量分析法により解析した。NH_3/SiH_4ガス組成が小さい場合は気相中にSiH_xラジカルが、中程度のNH_3/SiH_4ガス組成ではSi_xN_yH_zラジカルが、NH_3/SiH_4ガス組成の大きい場合にはNH_2ラジカルが多いことを示した。[量子界面特性]金属/窒化シリコン/シリコン(MIS)構造を形成し、量子界面特性を測定した。気相中にNH_2ラジカルが多く存在する推積条件で窒化シリコンを推積すると、界面準位密度と固定電荷密度とがともに多くなる。気相中にSiH_xラジカルが多くなると窒化シリコン膜の禁制帯幅が減少すると考えられ、量子界面への注入電荷量の増大をまねく。気相中にSi_xN_yH_zラジカルの多い条件で推積すると、界面準位密度は小さくなり、良好な量子界面特性が得られる。[2段階推積]以上の結果をもとに、まず膜厚6nm程度を界面準位密度が最小になる条件で推積し、その後、十分な推積速度の得られる条件で推積する2段階推積により、界面準位密度3×10^<10>cm^<-1>eV^<-1>を示すゲート絶縁膜として有望な窒化シリコン/シリコン量子界面構造を得た。

这项研究的目的是利用光化学反应的选择性在低温（300至500摄氏度）下沉积高质量的氮化硅，并形成可用作栅极绝缘薄膜的优异的量子界面结构。以SiH_4和NH_3为原料，采用低压汞灯作为光源，通过直接光CVD法估算氮化硅。通过对氮化硅估算中气相反应的“原位观察”并将分析结果反馈到估算条件，我们获得了所需的良好量子界面特性。具体结果如下所示。 [气相反应] 通过时间分析质谱法对评价时的气相反应进行分析。结果表明,当NH_3/SiH_4气体成分较小时,气相中存在SiH_x自由基;当NH_3/SiH_4气体成分中等时,气相中存在Si_xN_yH_z自由基;当NH_3/SiH_4气体成分较大时,气相中存在Si_xN_yH_z自由基。有许多NH_2自由基。 [量子界面特性] 我们形成了金属/氮化硅/硅（MIS）结构并测量了量子界面特性。当在气相中存在许多NH_2自由基的估计条件下估计氮化硅时，界面态密度和固定电荷密度均增加。当气相中的SiH_x自由基增加时，氮化硅膜的禁带宽度减小，导致注入量子界面的电荷量增加。当在气相中存在大量Si_xN_yH_z自由基的条件下估计时，界面态密度变小并且获得良好的量子界面性质。 【两步估计】根据上述结果，首先在使界面态密度最小化的条件下估计约6nm的膜厚，然后在提供足够的估计速度的条件下进行估计2通过逐步估计，我们得到了氮化硅/硅量子界面结构，有望作为栅极绝缘膜，其界面态密度为3×10^<10>cm^<-1>eV^<-1>。

项目成果

M. Yoshimoto: "Deposition mechanism of silicon nitride in direct photo-assisted chemical vapor deposition using a low-pressure Hg lamp" Journal of Electrochemical Society. 142. 1976-1982 (1995)

M. Yoshimoto：“使用低压汞灯的直接光辅助化学气相沉积中氮化硅的沉积机制”《电化学学会杂志》。

M. Yoshimoto: "Discharge current transient spectroscopy for evaluating traps in insulators" Japanese Journal of Applied Physics. 34. L185-L187 (1995)

M. Yoshimoto：“用于评估绝缘体陷阱的放电电流瞬态光谱”日本应用物理学杂志。

M. Yoshimoto: "Increase of leakage current and trap density caused by bias stress in silicon nitride prepared by photo-chemical vapor deposition" Japanese Journal of Applied Physics. 34. L371-L374 (1995)

M. Yoshimoto：“通过光化学气相沉积制备的氮化硅中的偏置应力导致漏电流和陷阱密度增加”，《日本应用物理学杂志》。

M. Yoshimoto: "Interface electronic properties between silicon and silicon nitirde deposited by direct-photochemical vapor deposition" Japanese Journal of Applied Physics. 35(印刷中). (1996)

M. Yoshimoto：“通过直接光化学气相沉积沉积的硅和氮化硅之间的界面电子特性”，《日本应用物理学杂志》35（出版中）。