新材料設計による高機能化超薄MOSデバイスの創製

通过新材料设计创造高功能超薄MOS器件

• 批准号: 09J00464
• 负责人: 有村 拓晃
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J00464/
• 关键词: Higher-k絶縁膜; 界面ダイポール; LaAlO絶縁膜; La添加Higher-k絶縁膜; X線光電子分光法; La深さ方向分布評価; トランジスタ作製プロセスの確立

MOSトランジスタの高性能化は集積回路の高性能化につながり、情報化社会の更なる発展に貢献するものである。トランジスタの高性能化においてキーテクノロジーとなる金属電極(Metal)/高誘電率(High-k)ゲート絶縁膜構造は高温熱処理後に閾値電圧が増大してしまい、従来どおりの低コストプロセスで低閾値電圧動作を実現するのは困難である。しかし近年、High-k膜中にLaやAlを導入することで、絶縁膜中に界面ダイポールを誘起させ閾値電圧を制御する手法が注目されている。そこで本研究では、界面ダイポールを利用し従来どおりの低コストプロセスで高性能かつ低閾値電圧を有したMetal/High-kゲートスタックの実現を目標としている。まず、現在一部製品化まで至ったHf系High-k膜にLaを添加したHfLaSiO膜をHigh-k膜として用いて、大学でのトランジスタ自作を試みた。しかし、作製プロセスにおいてさまざまな問題が生じており、現在はプロセスの最適化を検討している最中である。一方、LaAlO膜は誘電率が高くバンドギャップも広いことから、次世代High-k膜として有望視されている。本研究では比誘電率、バンドギャップ、およびLaとAlが形成する界面ダイポールの影響を考慮しつつLa/Al組成の最適化も検討した。その結果、リーク電流低減の観点からLa/Al組成に最適組成が存在することが分かり、界面ダイポールの形成により閾値電圧を低減した上で、かつHfO_2膜の性能を上回る優れたLaAlO膜を従来どおりの作製プロセスで実現した。この結果は英文速報誌Electron Device Lettersに掲載された。また、未だ形成過程が解明されていない界面ダイポールの温度依存性を調べ、低温領域での活性化現象を初めて明らかにした。これは英文速報誌Applied Physics Lettersに掲載された。

High performance of MOS technology, high performance of integrated circuits and contribution to the development of information society High performance Metal electrode/High-k insulating film structure has difficulty in realizing low threshold voltage operation due to increase in threshold voltage after high temperature heat treatment. In recent years, the introduction of La and Al in High-k films has attracted much attention. This study is aimed at improving the performance of Metal/High-k interfaces by utilizing the low-k interfaces and low-threshold voltages. Now a part of the production process to Hf-based High-k film La addition, HfLaSiO film, High-k film, high-quality film The problem of optimization of the system was created, and now the optimization of the system is discussed. One side, LaAlO film has a high dielectric constant, and the next generation High-k film is expected to be in the middle. In this study, the effects of specific inductivity, dielectric constant, and La/Al composition on the formation of the interface were considered for optimization. The results show that the optimum composition of La/Al film exists, and the threshold voltage of HfO_2 film decreases, and the performance of LaAlO film increases. The result was a quick report on Electron Device Letters. The temperature dependence of the interface and the activation phenomenon in the low temperature field are explained. Applied Physics Letters are published in English.

项目成果

Impact of thermal budget on La- and Al-induced dipole activation and its configuration studied by femtosecond pump/probe photoelectron spectroscopy

飞秒泵浦/探针光电子能谱研究热预算对 La 和 Al 诱导偶极子激活及其构型的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: K.Sasaki;et al;上野健一・久田健一郎編(分筆);有村拓晃
• 通讯作者: 有村拓晃

Temperature-dependent La- and Al-induced dipole behavior monitored by femtosecond pump/probe photoelectron spectroscopy

• DOI: 10.1063/1.3374883
• 发表时间: 2010-03
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: H. Arimura;R. Haight;S. Brown;A. Kellock;A. Callegari;M. Copel;Heiji Watanabe;V. Narayanan;T. Ando

Thermal Instability of Effective Work Function of Metal/HfLaSiO Gate Stacks

金属/HfLaSiO栅叠层有效功函数的热不稳定性

• 发表时间: 2009
• 作者: T.Hashimoto;et al.;有村拓晃
• 通讯作者: 有村拓晃

Impact of Carbon Impurity on Electrical Properties of TiN/HfSiON/SiO_2

碳杂质对TiN/HfSiON/SiO_2电性能的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: T.Hashimoto;et al.;有村拓晃;佐々木恵吾;佐伯雅之
• 通讯作者: 佐伯雅之

Fabrication of La-incorporated Hf-silicate Gate Dielectrics Using PVD-based in-situ Method and its Effective Work Function Modulation of Metal/High-k Stacks

使用基于 PVD ​​的原位方法制造 La 掺入 Hf-硅酸盐栅极电介质及其对金属/高 k 堆栈的有效功函数调制

• 发表时间: 2010
• 作者: K.Sasaki;et al;上野健一・久田健一郎編(分筆);有村拓晃;渡部平司
• 通讯作者: 渡部平司