SiO2／Si構造の低温創製法と半導体デバイスへの応用

摘要

SiO2／Si構造は，大規模集積回路（LSI），ディスプレイ駆動用の薄膜トラソジスタ岬（TFT），太陽電池等，種々の半導体デバイスに広く使用されている重要な構造である．LSIの基本構造は，90％以上が金属一酸化物一半導体（MOS）デバイスである．LSIの集積度の増加に伴ってMOSデバイスのゲ岬卜酸化膜の薄膜化が進行して，現在最先端のLSIでは2nm以下のゲート絶縁膜が用いられている．SiO2膜の膜厚が2nm以上のときは，ゲートバイアス印加時にこれを流れるリーク電流密度は1A／cm2以下でありデバイス動作は可能であるが，SiO2膜厚が1．5nm以下になった場合これを通過するリーク電流密度がデバイス動作の限界値1A／cm2（ゲ岬トリミット）を越えてしまい，デバイス動作が不可能となる卜LSIのMOSデバイスのゲート酸化膜は，一般的にシリコソを800℃以上の高温で酸素などの酸化雰囲気中で加熱する高温熱酸化法によって形成されている．デバイスは室温で動作するため，高温でSiO2／Si構造を形成した場合，SiO2とSiの熱膨張係数の違いにより界面近傍にストレスが発生してシリコソダソグリソグボソドなど欠陥生成の原因となる．一方，我々が開発した硝酸酸化法では，120℃の低温でシリコソを酸化してSiO2／Si構造を創製することができる．の結果，檀薄SiO2膜を流れるリーク電流密度を，従来の熱酸.