2004 Fiscal Year Annual Research Report
超微細シリコンLSIに用いられる高誘電率薄膜中の欠陥の構造と生成機構の解明
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16360160
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
大木 義路 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70103611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
濱 義昌 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40063680)
宗田 孝之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90171371)
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| Keywords | ゲート絶縁膜 / 高誘電率材料 / ハフニウムシリケート / ジルコニウムシリケート / ハフニア / ジルコニア / プラズマ化学気相堆積法 / フォトルミネセンス |
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| Research Abstract |
近年の半導体デバイスの更なる高集積化に伴い、次世代CMOSのゲート絶縁膜として高誘電率材料の利用が検討されている。本年度は、有力候補材料であるハフニウムシリケート(HfxSi(1-x)Oy)、ジルコニウムシリケート(ZrxSi(1-x)Oy)、ハフニア(HfOy)、ジルコニア(ZrOy)をプラズマ化学気相堆積法により成膜し、フォトルミネセンス法を用いて膜中欠陥および不純物が形成するエネルギー準位を調べた。また、成膜後熱処理が電気特性に与える影響を調べた。
1.フォトルミネセンス法による膜内欠陥および不純物の解析:シンクロトロン放射(SR)光を用いた真空紫外域の光吸収測定より、HfxSi(1-x)Oy(ZrxSi(1-x)Oy)の光学的禁制帯幅Eoptは組成比xの減少と共にHfOy(ZrOy)の5.9eV(5.5eV)からSiOyの8.8eVまで増加することを明らかにした。SR光励起によりHfxSi(1-x)Oy、ZrxSi(1-x)Oy、HfOy、ZrOyにおいて2.8eVにピークを持つ発光帯が観測された。この発光は基板材料によらず観測されるので、膜中からの発光であることが示された。また、この発光は原料ガス、成膜法に拘らず観測されることから、発光に寄与する禁制帯内部の局在準位の原因が不純物ではなく、試料自身に起因する内因的なものであることが示唆された。
2.成膜後熱処理による電気特性改善:HfxSi(1-x)Oy、ZrxSi(1-x)OyにNO、O2、N2雰囲気中において成膜後熱処理を加え、処理前後のリーク電流値を比較した。両物質においてリーク電流は、NO中熱処理により最も低減される一方、N2中では増加した。ESR測定による処理前後での電子スピン数の変化がリーク電流値の変化と良く似ていることから、ESR観測可能なラジカル性欠陥がリーク電流の原因となると推定した。
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