水銀プローブおよびXPSによるSiN膜の高精度膜質解析

11/30/2021

No.0543 水銀プローブおよびXPSによるSiN膜の高精度膜質解析

SiN膜は、SiO₂膜と同様に絶縁膜、誘電膜として高い汎用性があり様々な素子に利用されるが、成膜方法やアニール方法により電気特性が顕著に変化することが知られている。以下で、アニールを施したSiN膜の電気特性と元素組成、化学状態の変化を水銀プローブおよびXPSにより詳細に調べ、電気特性の変化が膜質変化とどのように関連しているかを総合的に解析した事例を紹介する。


水銀プローブによるC-V, I-V特性評価

容量-電圧（C-V）特性		電流-電圧（I-V）特性
・アニール後、ヒステリシス幅減少 ⇒ SiN膜中可動電荷低減・アニール後、フラットバンド電圧が正方向シフト ⇒ 正の固定電荷低減		I-V特性はアニール前後で顕著な変化無し
電気特性劣化要因となる膜中可動電荷、固定電荷がアニールにより低減　⇒ C-V特性改善を確認

ウェットエッチング＋XPSによるSiN膜の元素組成、化学状態解析

ウェットエッチングを活用し、①SiN膜最表層、②膜中間部、③SiN/Si界面の状態をXPSにより網羅的に調べた。

①最表面（自然酸化膜除去後）	②膜中間部（深さ約150 nm）
アニール後、最表面のSi-rich SiN_X (低価数成分)が減少	膜中間部はアニール前後で顕著な変化無し
* N/Si比は定量確度を高めるため、アニール後試料のRBS結果を元に換算した。

③SiN/Si界面

1. Y. Muraji et al., Jpn. J. Appl. Phys. 41, 805 (2002).
　