熱負荷プロセスにおける異種絶縁膜界面の構造遷移機構の原子レベル解析

热加载过程中不同类型绝缘薄膜界面结构转变机制的原子水平分析

• 批准号: 13025226
• 负责人: 酒井 朗
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13025226/
• 关键词: ゲート絶縁膜; High-k; PLD; 層状積層プロセス; 熱的負荷プロセス; 界面固相反応; TEM; 電流検出型原子間力顕微鏡

次世代MOSFETのゲート絶縁膜として用いることができるHigh-k材料の開発は急務である。このHigh-k材料には、薄膜においても高誘電率・低リーク電流特性等の高性能・高品質が要求される。本研究の目的は、超高真空型パルスレーザーアブレーション(PLD)法を用いた層状積層プロセス及び熱的負荷プロセスによって異種高誘電率材料の複合膜を作製し、局所領域での界面固相反応、原子層レベルでの結晶学的構造の遷移構造を解明し、電気的特性との相関を明らかにすることである。以下に主な結果を示す。・PLD法によってSi(100)基板上に作製したHfO_2とTiO_2の異種高誘電率材料複合膜は、HfO_2とTiO_2がmixingを起こし、アモルファス構造をしていることが断面高分解能透過電子顕微鏡(TEM)像によって確認された。また、Si基板と複合膜との界面には、厚さ1.8nmの界面層が形成された。・上記試料について急速熱処理(RTA)法により熱的負荷を加えると、複合膜はHfTiO_4-orthorhombic(011)面に優先配向した柱状結晶粒構造となった。この結晶粒は、平面TEM像から面内方向に100nm以上と大きな粒径であった。一方、AlゲートMOSキャパザシターを作製し、容量-電圧特性を測定したところ、見積もられるHfTiO_4の比誘電率は、45と非常に高いものが得られた。また、電流検出型原子間力顕微鏡による面内方向の局所領域リーク電流分布と平面TEM像との比較から結晶粒界に依存した電流分布を示すことが明らかになった。

For the next generation of MOSFET, we will use different High-k materials to develop an emergency system. High-performance and high-quality products such as High-k materials and thin films are required for high electrical efficiency, low thermal current characteristics and so on. In this study, the purpose of this study is to use the composite film of high electrical rate materials in the ultra-high vacuum environment (PLD) method, which is used in the preparation of the composite film of the high electrical rate materials, the interface in the local field, the solid phase phase of the interface, and the analysis of the crystallography of the crystal of atomic electron microscopy. The characteristics of the electricity are different from each other. The following main results show. In the PLD method, several kinds of high electrical rate materials composite films were made on the Si substrate, and the HfO_2 TiO_2 mixing was used to make the high resolution of the cross section. The high resolution of the cross section can be confirmed by TEM. The interface of the composite film on the Si substrate, the interface of the thick 1.8nm, and the thickness of the interface are formed. The surface of the composite film HfTiO_4-orthorhombic (011) was first oriented to the columnar crystal grain of the composite film. The surface of the composite film was prepared by the rapid chemical treatment (RTA) method. The results show that the grain size and the plane TEM image show that the in-plane direction is higher than 100nm, and the particle size is small. On the one hand, the Al is responsible for the operation of the MOS equipment, the measurement of the capacity-electrical characteristics, the specific electricity of HfTiO4, and the performance of the very high temperature at 45. In the field of the in-plane direction of the atomic force micrometer, the TEM image of the current distribution plane and the dependence of the grain boundary on the current distribution show that the current distribution is sensitive.