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高誘電率絶縁膜-シリコン界面における界面反応層の形成・消失過程の解明

高介电常数绝缘膜-硅界面界面反应层的形成和消失过程的阐明

基本信息

批准号：
16760563
负责人：
喜多浩之
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,高誘電率酸化膜(High-k膜)とSiの界面としてHfO_2/SiとY_2O_3/Siの2つの系を比較しながら,界面反応機構と反応経路の検討を進めてきた。前者は界面でSiの酸化が見られ,後者はシリケート化反応が見られる例である。平成16年度はHfO_2/Si界面反応のモデル化を進めたが,今年度はまず,このモデルを発展させてY_2O_3/Si界面反応の定量的な説明を試みた。予め界面にSiO_2層を挟んだY_2O_3/SiO_2/SiスタックをN_2中で加熱したところ,600℃付近からシリケート化反応によってSiO_2層が減少し始め,900℃以上となると減少が顕著となる。ところがそれ以上温度を上げてもSiO_2層は消失せずに逆に上昇に転じてしまう。これは残留酸素による酸化とシリケート化反応の競合である。HfO_2/Siでの界面反応モデルと同様に,界面層中を原子状の酸素が失活しながら通過して界面に到達するモデルを適用したところ,界面層が減少して薄くなると急速に原子状酸素の失活率が低下して酸化速度が増大することによって定量的に説明できた。次に,基板をGeに変えた場合の界面反応の解析へと展開した。近年,高チャネル移動度を有するGe上にトランジスタを作製する試みが急速に注目されているためである。その結果,HfO_2/Ge,Y_2O_3/Ge,どちらの場合もN_2アニールによって界面層が消失し,Ge上であれば界面層を持たない界面を容易に形成できた。これは主に界面酸化により形成されるGeO_2が不安定で,多量にHigh-k膜中へ拡散,さらに気相へと脱離するためと考えられる。SIMS測定の結果,絶縁膜中に拡散したGeが検出されたが,特にY_2O_3/Geの場合に顕著であり,YとGeを含む複合酸化物が界面に形成され得ることを示唆する。即ち,Geの界面反応の制御においても,ますますHigh-k材料の選択が重要となる。

In this study, the interface between high-k film and Si is compared with that between HfO_2/Si and Y_2O_3/Si, and the interface reaction mechanism and reaction path are discussed. The former is the acidification of Si at the interface, and the latter is the acidification reaction. In 2016, the interface reaction of HfO_2/Si was developed and quantified. The SiO_2 layer between Y_2O_3/SiO_2/SiO_2 and N_2 is heated to 600 ℃, and the SiO_2 layer decreases above 900 ℃. The SiO2 layer disappears when the temperature rises. There is a competition between acidification and hydrolysis reactions caused by residual acids. HfO_2/Si interface reaction, the interface layer of atomic acid deactivation, through the interface to reach the application, the interface layer decreased, thin, rapid, atomic acid deactivation rate decreased, the acidification rate increased, quantitative explanation. Second, the analysis of the interface reflection in the case of Ge substrate is carried out. In recent years, there has been a high degree of mobility on the Internet. The results show that the interface layer of HfO_2/Ge, Y_2O_3/Ge disappears, but the interface layer of Ge is easy to form. The main interface acidified and GeO_2 became unstable, and a large amount of GeO_2 was dispersed in the High-k film. The results of SIMS show that Ge is dispersed in the insulating film, especially in the case of Y_2O_3/Ge, and that Y and Ge contain complex acid. That is,Ge interface reaction control is very important for the selection of High-k materials.