プラズマCVD SiNx薄膜の深さ方向化学組成および欠陥密度計測(ゲート絶縁膜、容量膜、機能膜及びメモリ技術)

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Si_2H_6+NH_3およびSi_2H_6+N_2混合ガスのマイクロ波励起プラズマCVDにより、膜中内部応力の異なるシリコン窒化膜(Tensile-SiNxおよびCompressive-SiNx)をケミカル酸化膜/Si(100)に基板温度400℃で堆積し、希釈HF処理による薄膜化と光電子分光手法を組み合わせて、深さ方向分析を行った。具体的には、膜中および界面の化学結合状態および化学組成分布をX線光電子分光法(XPS)で評価すると共に、膜中の欠陥密度分布を光電子収率分光法(PYS)により計測した。XPS分析の結果、Tensile-SiNxでは、SiNx膜表面〜2nmの領域で酸素組成が急激に増大し、またSi基板側〜3nmの領域で、SiNx膜とケミカル酸化膜の反応により酸素原子がSiNx膜中へ混入していることが分かった。また、Compressive-SiNxでは、Tensile-SiNxに比べて膜中平均窒素濃度は〜7at.%程度大きく、膜中への酸素原子の混入は少ない、ことが分かった。PYS分析によりSiバンドギャップに相当するエネルギー領域に局在する電子占有欠陥を評価した結果、酸素混入が顕著なTensile-SiNxの膜中欠陥密度は、Compressive-SiNxに比べて、Siミッドギャップ近傍で約5倍の欠陥密度(〜2x10^<17>cm^<-2>eV^<-1>)であることが明らかになった。膜中酸素分布と欠陥密度分布を比較した結果、〜20at.%以下の酸素原子のSiNx膜中への混入が電子占有欠陥増大の要因であることが示唆された。
社団法人電子情報通信学会の論文
2007-05-31

プラズマCVD SiNx薄膜の深さ方向化学組成および欠陥密度計測(ゲート絶縁膜、容量膜、機能膜及びメモリ技術)

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