酸化膜厚（Oxide Thickness）とは

～MOS構造や絶縁膜評価における基本指標～

■ 定義

酸化膜厚（Oxide Thickness）とは、半導体表面に形成された酸化膜（絶縁層）の物理的または電気的な厚みを指します。
通常はシリコン酸化膜（SiO₂）に対して使用されることが多く、MOSデバイス、MEMS、センサ構造などにおける絶縁性能・ゲート制御性・容量値に直結する重要なパラメータです。

■ 単位と測定範囲

項目	内容
単位	ナノメートル（nm）またはオングストローム（Å）
一般的な範囲	数nm（トンネル酸化膜）～数百nm（厚膜絶縁層）

■ 酸化膜厚と酸化膜容量（Cox）の関係

MOSキャパシタなどでは、酸化膜厚と静電容量は以下の式で関係づけられます：

$Cox=εox⋅AtoxC_{ox} = \frac{\varepsilon_{ox} \cdot A}{t_{ox}}$

$C_{ox}$ ：酸化膜容量（F）
$εox\varepsilon_{ox}$ ：酸化膜の誘電率
$A$ ：電極面積
$t_{ox}$ ：酸化膜厚（m）

この関係を利用して、**C–V測定から電気的な膜厚（等価酸化膜厚）**を逆算することが可能です。

■ 酸化膜厚の測定方法

測定手法	特徴	備考
✅ C–V測定	電気特性から間接的に厚みを算出	非破壊・簡便
✅ エリプソメトリー	光の反射特性を解析	高精度・表面限定
✅ TEM断面観察	直接観察による絶対値測定	高解像度・破壊式
✅ XPS/FTIRなど	化学分析と厚み測定の併用	材料分析向け

■ 酸化膜厚が影響を与える特性

対象	影響内容
✅ MOSFETのしきい値電圧（Vth）	膜厚が薄いとVthが低下しやすい
✅ ゲートリーク電流	極薄膜ではトンネル電流の増加リスク
✅ 容量値の安定性	不均一膜厚ではばらつきが増加
✅ 界面準位密度（Dit）	膜厚だけでなく、膜質・プロセスにも依存

■ 薄膜・厚膜それぞれの用途と課題

種類	特徴	使用例	注意点
薄膜（<10nm）	高速応答、微細化に有利	CMOS、DRAM	リーク電流、信頼性
厚膜（>50nm）	絶縁耐圧・安定性重視	パワーMOS、MEMS	寸法精度、容量低下

■ まとめ

項目	内容
定義	半導体基板上に形成された酸化絶縁膜の厚さ
単位	nmまたはÅ
測定手法	C–V測定、エリプソメータ、TEM、XPS等
関連パラメータ	Cox、Vth、リーク電流、Dit
用途	MOSデバイス、センサ、MEMS、絶縁層評価など