シリコン酸化膜中に取り込まれたドーパントの影響

摘要

一般的なメモリやCMOSプロセスにおいては、拡散層やゲート電極にリンやボロン、批素等の不純物をドープしたシリコン材料が用いられる。しかし、昨今の微細化に伴い、ドーパントの拡散・析出による問題が顕在化しつつある。また、従来の水蒸気酸化やドライ酸化に加え、近年ではラジカル酸化などの手法も確立されているが、これら新規酸化手法に対するドーバントの拡散・析出挙動の統一的な報告事例はない。本稿では、MOSキャパシタを試作し、TZDB特性及びTDDB特性の評価を行うと伴に、SIMS法、XPS法を用いて、ドーバントの拡散・析出挙動を評価した。その結果、温度、雰囲気、酸化種など酸化手法、及びドーバント不純物元素の種類に拠り、取り込まれ挙動が異なる事が明らかとなった。さらに、酸化膜中にドーバントが取り込まれる事で、①TZDB特性の劣化、②電子トラップの誘発、など、酸化膜特性へ深刻な影響を与える事が分かった。これら酸化手法によるドーバント取り込まれ挙動と酸化膜特性へ及ぼす影響を詳細に評価する事で、ドーバントによる特性劣化のメカニズムを考察し、ドーバントによる劣化のないシリコン酸化膜の形成手法を提案する。%In general, the silicon material that has doped impurities such as phosphorus, boron, and arsenic to the diffusion and the gate electrode is used in a general memory and CMOS process. However, the problem by diffusion and the extraction of the dopants is being actualized along with the device shrinkage. Moreover, there is no united report with diffusion and the extraction behavior of the dopants to the new oxidation techniques, radical oxidation has been established in recent years, in addition to the conventional wet oxidation and the dry oxidation. In this report, diffusion and the extraction behavior of the dopants are evaluated by making the MOS capacitor for trial purposes, evaluating the TZDB and the TDDB characteristic, and using the SIMS and the XPS. As a result, we find the thing that it depended on the oxidation technique like the temperature, atmosphere, and the oxidizing species, etc. and kinds of the dopants , behavior is different. In addition, it has been understood to give the serious damage to the oxide film characteristic,①to deteriorate the TZDB characteristic,②to form the electronic trap, etc. The mechanism of the characteristic deterioration by the dopants is considered by evaluating the behavior of the dopants by these oxidation and the influences on the oxide film characteristic, and we suggest the oxidation technique of the silicon oxide film without deterioration by the dopants.