次世代ULSIに向けた希土類系高誘電率ゲート絶縁膜/伸張歪ゲルマニウム構造の構築

下一代超大规模集成电路稀土基高介电常数栅绝缘膜/拉伸应变锗结构的构建

基本信息

批准号：
11J06058
负责人：
加藤公彦
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

高性能かつ低消費電力なCMOSデバイスの実現に向け、金属/希土類系高誘電率(high-k)ゲート絶縁膜/歪ゲルマニウム(Ge)ゲートスタック構造が着目されている。High-k絶縁膜/歪Ge界面においては、界面反応抑制および歪に与える影響の低減のため、低温での膜形成プロセスが重要である。一方、低温での希土類酸化膜や金属膜の形成プロセスが、希土類材料物性および材料界面特性に与える影響の理解は十分ではない。本研究では、高誘電率かつ低リーク電流の両立が期待されるプラセオジム(Pr)酸化膜の物性制御、および、金属/希土類酸化膜/半導体積層構造における異種材料界面構造制御を目指した。有機金属化学気相堆積法による300℃での低温希土類酸化膜形成では、膜形成時の酸化剤分圧が、希土類材料の価数制御に有効であることを見出した。酸化剤分圧の低減により、4価と比較して3価のPr酸化膜の割合が増大し、誘電率の増大が実証された。GeもしくはSi上にPr酸化膜を堆積したところ、Pr酸化膜中および表面への半導体材料の拡散が見られた。絶縁膜中へのIV族材料の添加は酸化膜の結晶構造変化を導き、高誘電率六方晶Pr_2O_3の形成には、半導体材料の拡散の抑制が重要であることが明らかとなった。High-k絶縁膜/Ge上への金属膜形成の影響を調べたところ、還元性の高い金属(Al,W)を形成した試料ではGe酸化物量が減少し、一方、還元性の低いAuやPtの場合では増大した。これらの金属種による違いは、金属酸化物形成の熱力学的安定性により説明可能であり、還元性の高い金属膜にはPr酸化膜/Ge構造内の酸素が供給されたと考えられる。酸素拡散に伴い低酸素分圧状態のPr酸化膜/Ge界面では、Ge酸化物の還元反応が支配的となる。そのため、Alを電極に用いた試料においては、Au電極試料と比較して、界面準位密度の増大が認められた。

为了实现高性能和低功耗的CMOS器件，金属/稀土高介电常数（高k）栅绝缘膜/应变锗（Ge）栅堆叠结构引起了人们的关注。在高k绝缘膜/应变Ge界面处，低温成膜工艺对于抑制界面反应并减少对应变的影响很重要。另一方面，稀土氧化物薄膜和金属薄膜在低温下的形成过程对稀土材料物理性能和材料界面性能的影响尚不完全清楚。在这项研究中，我们的目的是控制镨（Pr）氧化物薄膜的物理性能，使其具有高介电常数和低漏电流，并控制金属/稀土氧化物薄膜/异种材料的界面结构。半导体堆叠结构。在利用有机金属化学气相沉积在300℃下形成低温稀土氧化物薄膜时，我们发现成膜过程中氧化剂的分压可以有效控制稀土材料的价态。通过降低氧化剂分压，与四价Pr氧化膜相比，三价Pr氧化膜的比例增加，介电常数增加。当在Ge或Si上沉积Pr氧化膜时，观察到半导体材料扩散到Pr氧化膜中并扩散到表面上。在绝缘膜中添加IV族材料会导致氧化膜的晶体结构发生变化，并且已经清楚抑制半导体材料的扩散对于形成高介电常数六方Pr_2O_3是重要的。当我们研究金属膜形成对高k绝缘膜/Ge的影响时，我们发现在具有高还原性金属（Al、W）的样品中Ge氧化物的量减少，而另一方面，Ge氧化物的量减少。在具有高还原性金属（Al、W）的样品中，Ge 氧化物的量减少，而在具有高还原性金属（Al、W）的样品中，Ge 氧化物的量减少。这些取决于金属种类的差异可以通过金属氧化物形成的热力学稳定性来解释，并且认为Pr氧化物膜/Ge结构中的氧被供给到高还原性金属膜。在由于氧扩散而氧分压较低的Pr氧化膜/Ge界面处，Ge氧化物的还原反应占主导地位。因此，在使用Al作为电极的样品中，与Au电极样品相比，观察到界面态密度的增加。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of Gate Metal on Chemical Bonding State in Metal/Pr-oxide/Ge Gate Stack Structure

栅极金属对金属/氧化镨/Ge栅极叠层结构化学键态的影响

DOI：
10.1016/j.sse.2013.01.029
发表时间：
2013
期刊：
Solid State Electronics
影响因子：
0
作者：
Kimihiko Kato;Mitsuo Sakashita;Wakana Takeuchi;Noriyuki Taoka;Osamu Nakatsuka;Shigeaki Zaima
通讯作者：
Shigeaki Zaima

テトラエトキシゲルマニウムを用いた原子層堆積法によるGe酸化膜の形成

使用四乙氧基锗通过原子层沉积形成Ge氧化膜

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
吉田鉄兵;加藤公彦;柴山茂久;坂下満男;竹内和歌奈;田岡紀之;中塚理;財満鎭明
通讯作者：
財満鎭明

Effect of Interfacial Reactions in Radical Process on Electrical Properties of Al_2O_3/Ge Gate Stack Structure

自由基过程中界面反应对Al_2O_3/Ge栅叠层结构电性能的影响

DOI：
10.1088/1742-6596/417/1/012001
发表时间：
2013
期刊：
Journal of Physics : Conference Series
影响因子：
0
作者：
Kimihiko Kato;Mitsuo Sakashita;Wakana Takeuchi;Osamu Nakatsuka;Shigeaki Zaima
通讯作者：
Shigeaki Zaima

テトラエトキシゲルマニウムを用いた極薄Ge酸化膜の形成

使用四乙氧基锗形成超薄Ge氧化膜