紫外線プラズマ照射によるSiO_2／Si界面及びSi中の電気特性変化

摘要

Changes in electrical properties of metal-oxide-semiconductor irradiated by plasma or UV laser are reported. Capacitance response with voltage at a frequency of 100kHz was measured after hydrogen plasma at RF power of 50W, oxegen and argon plasma of at 100W irradiation for duration from 15 to 60 min. The oxide capacitance of 100kHz C-V characteristics increased from 3.5×10~(-8)(no plasma irradiation) to 4.3×10~(-8)(H_2 plasma), 3.9×10~(-8)(O_2 plasma), 3.9×10~(-8)(Ar plasma) F/cm~2, respectively. The minimum depletion layer capacitance decreased from 1.3×10~(-8)(no plasma irradiation) to 3.9×10~(-9)(H_2 plasma), 8.8×10~(-9)(O_2 plasma), 3.3×10~(-9)(Ar plasma) F/cm~2. The decrease in the capacitance was observed when the scan time of the gate voltage was shorter than 10s/0.1V. Moreover, the increase in the leak current density was observed. Decrease in the depletion capacitance would be caused by the increase in the carrier lifetime of electron minority carrier or the electron leak current. The density of the deep level defect states at the SiO_2/Si interface increased from 3.5×10~(11)(no plasma) to 2.9×10~(11)(H_2 plasma), 2.5×10~(11)(O_2 plasma)cm~(-2) as plasma irrdiation time increased from 0 to 60min. The fixed positive charge decreased from 3.0×10~(11)(no plasma) to 1.5×10~(11)(H_2 plasma), 2.5×10~(11)(O_2 plasma)cm~(-2). SiO_2/Si was also irradiated by 30-ns-pulsed XeCl excimer laser with a wavelength of 308nm. The oxide capacitance decreased.%プラズマ及び紫外線レーザ照射後のMOS試料の電気特性の変化について報告する。P型シリコン基板に100nmの熱酸化膜を形成したMOS試料にH_2 rfプラズマ50W，O_2及びAr rfプラズマ100W　を15～60分照射したとき、100kHz C-V 特性の酸化膜容量は未プラズマ照射の3.5×10~(-8)から4.3×10~(-8)，3．9×10~(-8)，3.9×10~(-8)F／cm~2へとそれぞれ増大した。さらに最小空乏層容量は未プラズマ照射の1.3×10~(-8)から3.9×1~(-9)，8．8×10~(-9)，3.3×10~(-9)F／cm~2へとそれぞれ低下した。本容量低下はゲート電圧の掃引時間が10s／0.1V未満のときに観測された。さらに正ゲート電圧領域においてリーク電流の増大が観測された。空乏層容量の低下は電子マイノリティキャリヤライフタイムの増大か、電子電流リークの増大に起因すると考えられる。有限要素差分ポテンシャル解析により、SiO_2／Si界面の準位密度はH_2，O_2ラズマの場合照射時間を増やすにつれて3.5×10~(11)から2.9×10~(11)，2.5×10~(11)cm~(-2)へ少し減少した。また固定電荷密度は3.0×10~(11)から1.5×10~(11)，2.5×10~(11)cm~(-2)へそれぞれ低下した。パルス幅30ns、波長308nmのXeClエキシマレーザをSiO_2／Siに照射したとき、C-V特性において、酸化膜容量の低下が観測された。