原子層MOCVDとエリプソメトリ成膜モニタを用いた極薄高誘電率ゲート絶縁膜の作製

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原子層有機金属気相成長堆積法(原子層MOCVD法)による高誘電率ゲート酸化膜の製膜を分光エリプソメトリによりモニタリングした結果と、第一原理によるアモルファス薄膜の光学誘電率の計算結果を比較し、単位サイクルごとに形成される極薄膜の組成変化、および中間層形成メカニズムについてのモデルを提案した。また、このモニタリング技術を、より誘電率が高く、かつリーク電流の抑制に十分なバンドオフセットを有する膜として注目されている希土類酸化物極薄膜の原子層MOCVD製膜に応用するため、希土類酸化物の1つであるPr系材料に注目し、シリコン上に堆積した時の界面特性、および電気的特性の詳細を調べた。特に角度分解X線光電子分光法を用いることにより、界面におけるシリケート形成や、シリケート組成の違いに伴うバンドエネルギーパラメータの違いなどを明らかにすることができた。さらに、この高誘電率絶縁膜がSiO_2に比べてバンドオフセットが小さいということに注目し、SiO_2/高誘電率酸化膜/SiO_2積層構造を持つ2重フローティングゲート型不揮発性メモリを考案した。この新しいメモリは、絶縁膜積層構造を間に挟んだ2重フローティングゲートに蓄積された電荷の分極状態の変化を下にある電界効果トランジスタ(MOSFET)で検出するものであり、書き換えは分極状態を変化させることに対応するので、書き換え時にMOSFETのチャネルとフローティングゲートとの電荷のやり取りがないのが特徴である。シミュレーションの結果からは現行のフラッシュメモリよりも書き換え速度が向上するという結果が得られた。また、積層構造の電気特性評価から、高誘電率酸化膜をこの応用に適用する場合の今後の製膜技術の課題についても明らかにした。