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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06058/
• 关键词: ゲルマニウム; 高誘電率絶縁膜; 希土類酸化物; ゲート金属; ゲートスタック; 酸化剤分圧; 界面反応; 電気的特性; 歪ゲルマニウム; 高誘電率ゲート絶縁膜; プラセオジム酸化膜; 界面準位密度; プラズマプロセス; 酸化・還元性; 価数; ゲルマニウム; 高誘電率絶縁膜; 希土類酸化物; ゲート金属; ゲートスタック; 酸化剤分圧; 界面反応; 電気的特性; 歪ゲルマニウム; 高誘電率ゲート絶縁膜; プラセオジム酸化膜; 界面準位密度; プラズマプロセス; 酸化・還元性; 価数

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。

专注于金属/稀土高量隔绝缘膜/应变锗（GE）栅极堆栈结构，可实现高性能和低功耗CMOS设备。在高K绝缘膜/应变的GE界面上，低温下的膜形成过程对于抑制界面反应并减少对应变的影响很重要。另一方面，低温下稀土氧化物膜和金属膜的形成过程对稀土材料和材料界面特性的物理特性的影响不足。这项研究旨在控制praseodymium（PR）氧化膜的物理特性，这些薄膜有望达到高介电常数和低泄漏电流，并控制金属/稀土氧化物膜/半导体层压剂层压层结构的界面结构。发现在膜形成期间膜形成过程中氧化剂的二压压力在形成膜时有效控制稀土材料的价。与四位价值相比，氧化剂的部分压力减少增加了三价PR氧化物膜的比例，这表明介电常数增加。当PR氧化物膜沉积在GE或SI上时，在表面和表面上观察到半导体材料的扩散。将IV组材料添加到绝缘膜中会导致氧化物膜的晶体结构的变化，并且已经发现抑制半导体材料的扩散对于形成高dielectric Hexagonal PR_2O_3非常重要。当研究金属膜形成对高k绝缘膜/GE的影响时，在高还原金属（Al，W）的样品中，GE氧化物的量减少，而在AU和PT的情况下，GE氧化物的量增加，而AU和PT的氧化物的含量较低，而氧化物的含量较低。这些金属物种之间的差异可以通过金属氧化物形成的热力学稳定性来解释，并且相信将PR氧化物/GE结构中的氧气提供给高度还原的金属膜。随着氧扩散，GE氧化物的还原反应在PR氧化物/GE界面上以低氧部分压力状态占主导地位。因此，在使用Al作为电极的样品中，与AU电极样品相比，观察到界面状态密度的增加。