次世代MOSトランジスタ用Hf系高誘電率ゲート絶縁膜の研究

下一代MOS晶体管用Hf基高介电常数栅极绝缘膜的研究

• 批准号: 07J06060
• 负责人: 大田 晃生
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J06060/
• 关键词: MOSトランジスタ; 高誘電率ゲート絶縁膜; Hf系酸化物

本年度は、Hf系酸化物の誘電率の向上を目的として、TiO_2もしくはGd_2O_3の添加を行い、また、しきい値電圧の制御のためにゲート電極からのAl添加を行い、光電子分光分析によりに評価を行った。1.Pt膜上に形成したHfTixOy膜において、Ti/(Hf+Ti)組成が化学結合状態、エネルギーバンドプロファイル及び欠陥準位密度に及ぼす影響を評価した。500℃酸素雰囲気中で熱処理したHfTixOy/Pt界面ではPtOxが形成し、Ti/(Hf+Ti)組成39%では、HfTixOy膜中の化学組成分布は表面近傍を除きほぼ均一であることを確認した。Ti組成〜40%以上の領域で、Ptに対するHfTixOyの伝導帯側の障壁高さは〜1.6eVでほぼ一定あった。一方、価電子帯側の障壁高さは、Ti組成に伴い、わずかに減少する。HfTixOy膜中の電子占有欠陥は、Ti組成の増大に伴い増大することが分かった。2.DPM錯体を用いたMOCVDによりGd/(Gd+Hf)組成の異なるHfGdxOyをPt上に形成し、化学結合状態およびエネルギーバンドプロファイルを評価した。800℃O_2熱処理したHfGdxOy/Pt界面は組成急峻であり、Gd-O-Hf結合の形成を確認した。Gd/(Gd+Hf)組成の増加に伴い、HfGdxOyとPtの伝導帯オフセット量は3.20eVから1.2eV増大し、価電子帯オフセット量は、Gd組成に比例し単調に減少する。また、Gd組成が〜45%の領域で、比誘電率は〜24が得られた。3.TiAlN/HfSiON/SiO2ゲートスタックにおいて、Si基板を除去し、絶縁膜側から界面の化学結合状態および仕事関数をX線光電子分光により直接評価した。1000℃熱処理によりHfSiON上のTiNおよびTiAlN(Ti:Al=75:25)ゲートの実効仕事関数の低下することが分った。SiO2膜厚1nmの場合、TiNゲートに比べて、TiAlNの実効仕事関数の低下量は半減する(TiN:4.51eV,TiAlN:4.70eV)。したがって、TiAlNゲートからのHfSiON中へAlおよびN原子の拡散・混入が、実効仕事関数低下の緩和・解消に有効であると考えられる。

This year, the conductivity of Hf-based acids has been improved, and the addition of TiO_2 and Gd_2O_3 has been carried out. 1. HfTixOy films formed on Pt films were evaluated for their chemical bonding state, growth state, and poor site density, as well as their influence on Ti/(Hf+Ti) composition. The HfTixOy/Pt interface was formed by heat treatment at 500℃. The Ti/(Hf+Ti) composition was 39%. The chemical composition distribution in the HfTixOy film was confirmed to be uniform near the surface. Ti composition ~ 40% above the field, Pt for HfTixOy conduction band side barrier height ~ 1.6eV, a certain degree of stability. The barrier height of a square and a square electron band is high, and the composition of Ti is low. The electron occupation in HfTixOy film is insufficient, and the composition of Ti is increased. 2. DPM is used in MOCVD to evaluate the formation and chemical bonding state of HfGdxOy on Pt. After 800℃O_2 heat treatment, the composition of HfGdxOy/Pt interface is rapid, and the formation of Gd-O-Hf bond is confirmed. Gd/(Gd+Hf) composition increases, HfGdxOy and Pt conductivity increases from 3.20eV to 1.2eV, electron conductivity increases, Gd composition ratio decreases. The Gd composition is ~ 45% of the field, and the specific inductivity is ~ 24%. 3. TiAlN/HfSiON/SiO2 substrate removal, chemical bonding state of the interface on the insulating film side, and X-ray photoelectron spectroscopy are directly evaluated. Heat treatment at 1000℃ for TiN and TiAlN(Ti:Al=75:25) on HfSiON When SiO2 film thickness is 1nm, TiN film thickness is lower than that of TiAlN film thickness (TiN: 4.51 eV, TiAlN: 4.70 eV). The dispersion and mixing of Al and N atoms in TiAlN and HfSiON are related to the reduction and elimination of the number of particles.

项目成果

Ru/HfSiONゲートスタックのバックサイドX線光電子分光分析-Ruの実効仕事関数変化の起源-

Ru/HfSiON 栅堆叠的背面 X 射线光电子能谱分析 - Ru 有效功函数变化的起源 -

• 发表时间: 2008
• 作者: Masahiro Hamano;Ryo Takemura;Ryo Takemura;Mitsuhiro Okada;T. Hosoi;A. Ohta;K. Iwamoto;大田晃生;貫目大介;要垣内亮;小埜芳和;A. Ohta;H. Murakami;S. Miyazaki;K. Shiraishi;大田晃生;森大樹
• 通讯作者: 森大樹

プラズマCVD SiNx薄膜の深さ方向化学組成および欠陥密度計測

等离子体CVD SiNx薄膜的深度方向化学成分和缺陷密度测量

• 发表时间: 2007
• 作者: R;Yougauchi;K. Makihara;大田 晃生;門島 勝;三浦 真嗣
• 通讯作者: 三浦 真嗣

光電子分光法によるHfO_2/SiONx/Ge(100)スタック構造め熱的安定性評価

光电子能谱评价HfO_2/SiONx/Ge(100)叠层结构的热稳定性

• 发表时间: 2007
• 作者: R;Yougauchi;K. Makihara;大田 晃生;門島 勝;三浦 真嗣;奥山 一樹;大田 晃生
• 通讯作者: 大田 晃生

B添加Pd_2Siフルシリサイドゲートの仕事関数変調

B掺杂Pd_2Si全硅化栅极的功函数调制

• 发表时间: 2007
• 作者: R;Yougauchi;K. Makihara;大田 晃生;門島 勝;三浦 真嗣;奥山 一樹;大田 晃生;大田 晃生;大田 晃生;A. Ohta;Akio Ohta;A. Ohta;S. Miyazaki;三浦 真嗣;吉永 博路;H. Yoshinaga;要垣内 亮;R. Yougauchi;K. Makihara;K. Simanoe;K. Okuyama;細井 卓治;白石 博之
• 通讯作者: 白石 博之

Ru電極を用いたp-metalピニング現象の改善策と検討

Ru电极p型金属钉扎现象的改进措施及研究

• 发表时间: 2007
• 作者: R;Yougauchi;K. Makihara;大田 晃生;門島 勝;三浦 真嗣;奥山 一樹;大田 晃生;大田 晃生;大田 晃生;A. Ohta;Akio Ohta;A. Ohta;S. Miyazaki;三浦 真嗣;吉永 博路;H. Yoshinaga;要垣内 亮;R. Yougauchi;K. Makihara;K. Simanoe;K. Okuyama;細井 卓治;白石 博之;K. Shiraishi;門島 勝
• 通讯作者: 門島 勝