SiO_x 薄膜への熱プラズマジェット照射ミリ秒熱処理によるSiナノ結晶形成とそのフローティングゲートメモリ応用

摘要

We investigated formation of Si nanocrystals in SiO_x (1.0 < x < 1.9) films induced by millisecond annealing using thermal plasma jet (TPJ). After TPJ annealing, photoluminescence (PL) at room temperature was remarkably increased, and the maximum intensity was observed from x = 1.7 sample. The PL peak at ～950 nm is suggested ～5 nm sized Si nanocrystals. Then Si nanocrystal floating gate MOS capacitors were formed on p-Si (100) wafers by TPJ annealing of SiO_2/SiO_x/SiO_2/Si(100) stacked structure. The MOS capacitors showed clear hysteresis of 6.8 V in capacitance-voltage (CV) characteristics after TPJ annealing. Si nanocrystals and/or the Si nanocrystal/SiO_2 interfaces work as the charging nodes for electrons and holes. TPJ annealing of SiO_2/SiO_x/SiO_2 stack has a potential to realize non-volatile TFT memories on low heat resistant substrates.%プラズマCVDにより成膜したSiO_x膜（1．0＜x＜1．9）に熱プラズマジェット（TPJ）を照射しミリ秒熱処理を行なった．室温でのフォトルミネッセンス（PL）測定により発光強度の顕著な増大が見られ，ズ＝1．7において最も強い発光を観測した．～950nm のPL発光により～5nm程度のSiナノ結晶が形成されたことが示唆される．またp-Si（100）基板上にSiO_2／SiO_x／SiO_2／Si（100）積層構造を真空一貫形成後にTPJ照射し電気特性の評価を行なった．熱処理後に容量一電圧（CV）特性に6．8Vの明瞭なヒステリシスが観測されたことからSiナノ結晶もしくはSiナノ結晶/SiO_2界面が電子もしくは正孔の保持ノードとして機能しており，SiO_2/SiO_x／SiO_2積層構造をTPJ熱処理することで，低耐熱性基板上への不揮発性メモリ実現が期待できることが分かった．