移動度劣化のない高誘電率ゲート絶縁膜MOSFETの作製および移動度の解析

无迁移率劣化的高介电常数栅极绝缘膜MOSFET的制作和迁移率分析

• 批准号: 08J09292
• 负责人: 川那子 高暢
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09292/
• 关键词: MOSFET; 移動度; High-k

本研究の目的はHigh-k/Si直接形成とキャリア移動度低下抑制を可能とするHigh-kゲートスタック構造を実験的に検証することである。広く研究されているHf系材料は、移動度低下抑制のためSiO2界面層を挿入しているが、SiO2界面層が微細化の下限界を引き上げてしまう。またHf系材料の場合、絶縁膜堆積後の熱処理によってSiO2界面層が成長してしまいSiO2等価換算膜厚(EOT)が増加してしまう。これまでに我々はLa203という材料をゲート絶縁膜に用いることで、SiO2界面層のないHigh-k/Si直接形成が可能であることを実験的に見出した。本年度は800度という高温で熱処理を行うことで、La203/Si界面にLa-silicateを形成し界面準位をDit=1,6x10^<11>[cm^<-2>eV^<-1>]まで低減できることを明らかにした。従来のSiO2/Si界面に比べるとまだ大きな値であるが、計算によりもとめた理想C-V曲線と実験結果が完全に一致する結果を得た。この結果、MOSFETの移動度の改善が見られた。これは良好なLa-silicate/Si界面が形成されていることを示唆している。さらなる移動度向上を目指し、800度の熱処理後に稀釈酸素雰囲気中熱処理によるLa-silicate中への酸素導入を試みた。High-k膜はイオン性が強く本質的に酸素欠陥が形成されやすい。この酸素欠陥が移動度低下の大きな原因であると考えられる。最適なデバイス構造およびプロセス条件下では、La-silicateの増膜は確認されずに、移動度を改善することに成功した。さらに800度の高温熱処理中のEOT増加を抑制するために、金属電極上にSiを堆積した。これは熱処理中のsilicate反応が酸素によって引き起こるために、外部雰囲気からの過剰な酸素混入をSi堆積層によって抑制するためである。この実験により、EOTの低減と良好な界面特性の両立を可能にした。さらに本手法を用いて作製したnMOSFETの移動度は世界最高クラスの値を示した。

Purpose this study の は High - k/Si form directly と キ ャ リ ア moving low degree of inhibiting を may と す る High - k ゲ ー ト ス タ ッ ク tectonic を be 験 of に 検 card す る こ と で あ る. Hiroo く research さ れ て い る Hf series materials は, low degree of mobile suppression の た め SiO2 interface layer を scions into し て い る が, SiO2 interface layer が ultra-micronization model.the limit under の を lead on き げ て し ま う. ま た Hf series materials の occasion, after never try membrane accumulation の hot 処 に よ っ て SiO2 interface layer が growth し て し ま い SiO2 価 conversion such as film thickness (EOT) が raised し て し ま う. こ れ ま で に I 々 は La203 と い う material を ゲ ー に ト never try membrane with い る こ と で, SiO2 interface layer の な い High - k/Si form directly が may で あ る こ と を be 験 に see out し た. High temperature 800 degrees this year は と い う で hot line 処 reason を う こ と で, La203 / Si interface に La - silicate を form し interface must を Dit = 1, 6 x10 ^ < 11 > [cm ^ ^ < - > 2 eV < 1 >] ま で low cut で き る こ と を Ming ら か に し た. 従 の SiO2 / Si interface に than べ る と ま だ big き な numerical で あ る が, calculation に よ り も と め た ideal C -v curve と be 験 が に completely consistent す た を る results. The <s:1> <s:1> results and the improvement of MOSFET <s:1> mobility <e:1> are が as seen in られた. A good なLa-silicate/Si interface が forms されて る る とを とを indicates て て る る る. Youdaoplaceholder0 The degree of movement is upward. The eye points to を, and after heat treatment at 800 degrees, it is thermally treated in a に dilute acid air 囲. The へ <s:1> acid in によるLa silicate is introduced into を to test みた. The High-k membrane is formed by the deficiency of に acid elements with strong く nature, which is 陥が and されやす. The reason for the low 陥が mobility and large <s:1> な な is であると examination えられる. Optimum な デ バ イ ス tectonic お よ び プ ロ セ ス conditions で は, La - silicate の raised membrane は confirm さ れ ず に, mobile を improve す る こ と に successful し た. In the <s:1> high-temperature heat treatment at さらに800 degrees, <s:1> EOT increases を inhibition するために and にSiを deposition on the metal electrode た た. こ れ は hot 処 principle of の silicate anti 応 が acid element に よ っ て lead き up こ る た め に, external 雰 囲 気 か ら の before turning な acid element with を Si accumulation に よ っ て inhibit す る た め で あ る. The <s:1> <s:1> practical experience によ によ, the EOT <s:1> reduced と good な interface features <s:1> ryoki を may に <s:1> た. The さらに technique を uses the て て to fabricate the <s:1> たnMOSFET with the highest <s:1> mobility <e:1> in the world and the を ラス <s:1> value を indicating the た た.

项目成果

Optimized Oxygen Annealing Process for Vth Tuning of p-MOSFET with High-k/Metal Gate Stacks

用于具有高 k/金属栅极堆栈的 p-MOSFET Vth 调节的优化氧退火工艺

• 发表时间: 2010
• 作者: Ishikawa;M;Ogawa;O.N.;Ohkouchi;N.;Kase;T.;石川牧子・加瀬友喜;高橋昭紀・石川牧子・本田恵理・平野弘道;Takamasa Kawanago;Takamasa Kawanago;川那子高暢;Takamasa Kawanago
• 通讯作者: Takamasa Kawanago

Experimental Study for High Effective Mobility with directly deposited HfO_2/La_2O_3 MOSFET

直接沉积HfO_2/La_2O_3 MOSFET高效迁移率实验研究

• 发表时间: 2009
• 期刊: Microelectronic Engineering Vol.86
• 作者: Ishikawa;M;Ogawa;O.N.;Ohkouchi;N.;Kase;T.;石川牧子・加瀬友喜;高橋昭紀・石川牧子・本田恵理・平野弘道;Takamasa Kawanago
• 通讯作者: Takamasa Kawanago

酸素添加がWゲートMOSデバイスの電気特性に与える影響

添加氧对W栅MOS器件电特性的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: Ishikawa;M;Ogawa;O.N.;Ohkouchi;N.;Kase;T.;石川牧子・加瀬友喜;高橋昭紀・石川牧子・本田恵理・平野弘道;Takamasa Kawanago;Takamasa Kawanago;川那子高暢;Takamasa Kawanago;川那子高暢
• 通讯作者: 川那子高暢

MIPS構造による希土類MOSデバイスのEOTスケーリングの検討

MIPS结构稀土MOS器件EOT微缩研究

• 发表时间: 2011
• 作者: Ishikawa;M;Ogawa;O.N.;Ohkouchi;N.;Kase;T.;石川牧子・加瀬友喜;高橋昭紀・石川牧子・本田恵理・平野弘道;Takamasa Kawanago;Takamasa Kawanago;川那子高暢
• 通讯作者: 川那子高暢

La_2O_3/Si直接接合構造における界面特性の評価

La_2O_3/Si直接键合结构界面性能评价

• 发表时间: 2008
• 作者: Ishikawa;M;Ogawa;O.N.;Ohkouchi;N.;Kase;T.;石川牧子・加瀬友喜;高橋昭紀・石川牧子・本田恵理・平野弘道;Takamasa Kawanago;Takamasa Kawanago;川那子高暢;Takamasa Kawanago;川那子高暢;川那子高暢
• 通讯作者: 川那子高暢