Study on dielectric constant of ultrathin films in gate structures

2008 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18360026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: HIROSE Kazuyuki Japan Aerospace Exploration Agency, 宇宙科学研究本部, 准教授 (00280553)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): NOHIRA Hiroshi 武蔵工業大学, 工学部, 准教授 (30241110) ; HATTORI Takeo 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (10061516) ; KOBAYASHI Daisuke 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 助教 (90415894)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Keywords: 界面 / 誘電率 / 光電子分光 / シリコン / 酸化膜

Research Abstract

CMOS集積回路開発のために、高誘電率絶縁膜とSi基板との間に極薄SiO_2膜を挟むトランジスターの積層ゲート絶縁膜構造が検討されている。高輝度の硬X線源と高分解能の光電子分光アナライザーを合わせ持つSPring-8のビームラインを利用して、Si2p光電子スペクトルとともに、これまで議論されてこなかったSi1s光電子スペクトルを測定することで、この中間極薄SiO_2膜の光学的誘電率がバルクSiO_2と異なることを定量的に明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] 第一原理計算を用いた絶縁膜の誘電率推定 (2009)
  • Author(s): 五十嵐智、小林大輔、野平博司、廣瀬和之
  • Journal Title: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理- 第14回 Pages: 175-178
• [Journal Article] Correlation between the dipole moment induced at the Slater transition state and the optical dielectric constant of Si and Al compounds (2008)
  • Author(s): K. Hirose, D. Kobayashi, H. Suzuki, H. Nohira
  • Journal Title: Applied Physics Letters Vol. 93 Pages: 193503-1-193503-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between optical dielectric constant and XPS relative chemical shift of 1s and 2p levels for dielectric compounds (2008)
  • Author(s): K. Hirose, H. Suzuki, H. Nohira, E. Ikenaga, D. Kobayashi, T. Hattori
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Vol. 100 Pages: 012011-1-012011-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 新しいXPS評価手法を用いた極薄SiO_2/Si界面の研究 (2008)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理- 第13回 Pages: 31-36
• [Journal Article] X線光電子分光法を用いた誘電率の推定法 (2008)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: 応用物理学関係連合講演会予稿集(シンポジウム) 第0分冊 Pages: 129-129
• [Journal Article] 新しいXPS評価手法を用いた極薄SiO_2/Si界面の研究 (2008)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: 応用物理学会薄膜表面・物理分科会ニュースレター 132巻 Pages: 14-18
• [Journal Article] High-k gate dielectric films studied by extremely asymmetric x-ray diffraction and x-ray photoelectron spectroscopy (2007)
  • Author(s): Y. Itoh, K. Akimoto, H. Yoshida, T. Emoto, D. Kobayashi, K. Hirose
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Vol. 83 Pages: 012011-1-012011-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angle-resolved photoelectron spectroscopy on gate insulators (2007)
  • Author(s): T. Hattori
  • Journal Title: Microelectronics Reliability Vol. 47 Pages: 20-26
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoelectron spectroscopy studies of SiO_2/Si interfaces (2007)
  • Author(s): K. Hirose, H. Nohira, K. Azuma, T. Hattroi
  • Journal Title: Progress in Surface Science Vol. 82 Pages: 3-54
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physical Origin of Stress-Induced Leakage Currents in Ultra-Thin Silicon Dioxide Films (2006)
  • Author(s): T. Endo, K. Hirose, K. Shiraishi
  • Journal Title: Technical Report of IEICE, Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD) Pages: 271-276
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray photoelectron spectroscopy study of dielectric constants for Si compounds (2006)
  • Author(s): K. Hirose, M. Kihara, D. Kobayashi, H. Okamoto, S. Shinagawa, H. Nohira, E. Ikenaga, M. Higuchi, A. Teramoto, S. Sugawa, T. Ohmi, T. Hattori
  • Journal Title: Applied Physics letters Vol. 89 Pages: 154103-1-154103-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray photoelectron spectroscopy study on dielectric properties of AlN/Al_2O_3 Films (2006)
  • Author(s): K. Hirose, H. Suzuki, T. Matsuda, Y. Takenaga, H. Nohira, E. Ikenaga, D. Kobayashi, T. Hattori
  • Journal Title: 2006 Int. Workshop on Dielectric Thin Films for Future ULSI Device-Science and Technology- Pages: 25-26
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray photoelectron spectroscopy study on dielectric properties at gate insulator film/Si interface (2006)
  • Author(s): K. Hirose, H. Nohira, D. Kobayashi, T. Hattori
  • Journal Title: IEEE 2006 Int. Conf. Solid-State and Integrated Circuit Technology Pages: 368-371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] XPSを用いたAu/極薄SiO_2界面のバリアハイトの測定 (2006)
  • Author(s): 鈴木治彦、長谷川覚、野平博司、服部健雄、山脇師之、鈴木伸子、小林大輔、廣瀬和之
  • Journal Title: 応用物理学会分科会シリコンテクノロジー No.82-2 Pages: 55-60
• [Journal Article] 硬X線光電子分光法によるSiO_2/Si界面の誘電率の評価 (2006)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: 文部科学省ナノテクノロジー総合支援プロジェクト、平成18年度第2回ナノテクワークショップ Pages: 40-44
• [Journal Article] XPSによる薄膜・界面の分析 (2006)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Journal Title: 応用物理学会結晶工学分科会第11回結晶工学セミナー Pages: 17-24
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSiO_2多形間の誘電率の違いについての検討 (2009)
  • Author(s): 五十嵐智、小林大輔、野平博司、廣瀬和之
  • Organizer: 第55回応用物理学会関係連合講演会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] 第一原理計算を用いた絶縁膜の誘電率推定 (2009)
  • Author(s): 五十嵐智、小林大輔、野平博司、廣瀬和之
  • Organizer: ゲートスタック研究会 -材料・プロセス・評価の物理- 第14回
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 2009-01-13
• [Presentation] 光電子分光法と第一原理計算による誘電率の推定法 (2009)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: 日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 本郷
  • Year and Date: 2009-01-09
• [Presentation] Relationship between the dipole moment induced in photoemission process and the optical dielectric constant (2008)
  • Author(s): K. Hirose, D. Kobayashi, H. Suzuki, S. Igarashi, H. Nohira
  • Organizer: Dielectric Thin Films for Future ULSI Devices : Science and Technology
  • Place of Presentation: Ookayama
  • Year and Date: 2008-11-05
• [Presentation] First-principles calculation of the Slater transition state for estimating optical dielectric constants of Si and Al dielectric compounds (2008)
  • Author(s): K. Hirose, D. Kobayashi, H. Suzuki, S. Igarashi, H. Nohira
  • Organizer: Solid State Device and Materials
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 2008-09-23
• [Presentation] 第一原理計算を用いた絶縁膜の誘電率推定 (2008)
  • Author(s): 五十嵐智、鈴木治彦、小林大輔、野平博司、廣瀬和之
  • Organizer: 第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 春日井市
  • Year and Date: 2008-09-02
• [Presentation] First-principles calculation of the Slater transition state for estimating optical dielectric constants of Si and Al dielectric compounds (2008)
  • Author(s): K. Hirose, H. Suzuki, D. Kobayashi, H. Nohira
  • Organizer: SiO_2 2008
  • Place of Presentation: Saint-Etienne
  • Year and Date: 2008-06-30
• [Presentation] X線光電子分光法を用いた誘電率の推定法 (2008)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: 応用物理学関係連合講演会シンポジウム
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] 新しいXPS評価手法を用いた極薄SiO_2/Si界面の研究 (2008)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: ゲートスタック研究会 -材料・プロセス・評価の物理- 第13回
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 2008-01-14
• [Presentation] 放射線によるシリコンエラー (2007)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2007-09-06
• [Presentation] 極端に非対称なX線回折法と光電子分光法の併用による絶縁膜-半導体界面の物性評価 (2007)
  • Author(s): 秋本晃一、廣瀬和之
  • Organizer: 第127回結晶工学分科会研究会
  • Place of Presentation: 目白
  • Year and Date: 2007-07-13
• [Presentation] Relationship between optical dielectric constant and XPS relative chemical shift of 1s and 2p levels for dielectric compounds (2007)
  • Author(s): K. Hirose, H. Suzuki, H. Nohira, E. Ikenaga, D. Kobayashi, T. Hattroi
  • Organizer: 13^<th> International Conference on Surface Science
  • Place of Presentation: Stockholm
  • Year and Date: 2007-07-05
• [Presentation] 宇宙環境における半導体デバイスの課題 (2006)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: 電子情報通信学会研究会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2006-12-12
• [Presentation] 硬X線光電子分光法によるSi_2/Si界面の誘電率の評価 (2006)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: 文部科学省ナノテクノロジー総合支援プロジェクト、平成18年度第2回ナノテクワークショップ
  • Place of Presentation: 播磨
  • Year and Date: 2006-11-13
• [Presentation] X-ray photoelectron spectroscopy study on dielectric properties of AlN/Al_2O_3 Films (2006)
  • Author(s): K. Hirose, H. Suzuki, T. Matsuda, Y. Takenaga, H. Nohira, E. Ikenaga, D. Kobayashi, T. Hattori
  • Organizer: 2006 Int. Workshop on Dielectric Thin Films for Future ULSI Device -Science and Technology-
  • Place of Presentation: Kawasaki
  • Year and Date: 2006-11-08
• [Presentation] XPSによる薄膜・界面の分析 (2006)
  • Author(s): 廣瀬和之
  • Organizer: 応用物理学会結晶工学分科会第11回結晶工学セミナー
  • Place of Presentation: 目白
  • Year and Date: 2006-10-26
• [Presentation] X-ray photoelectron spectroscopy study on dielectric properties at gate insulator film/Si interface (2006)
  • Author(s): K. Hirose, H. Nohira, D. Kobayashi, T. Hattori
  • Organizer: IEEE 2006 Int. Conf. Solid-State and Integrated Circuit Technology
  • Place of Presentation: Shanghai
  • Year and Date: 2006-10-25
• [Presentation] 極端に非対称なX線解析法とX線光電子分光法による高誘電率絶縁膜の研究 (2006)
  • Author(s): 伊藤勇希、秋本晃一、吉田広徳、榎本貴志、廣瀬和之、小林大輔、生田目俊秀、鳥海明
  • Organizer: 第67回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 草津
  • Year and Date: 2006-08-30
• [Presentation] Al酸化物・窒化物における相対ケミカルシフトと誘電率の関係の検証 (2006)
  • Author(s): 鈴木治彦、松田徹、野平博司、高田恭考、池永英司、小林大輔、小林啓介、服部健雄、廣瀬和之
  • Organizer: 第67回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 草津
  • Year and Date: 2006-08-30
• [Presentation] Physical Origin of Stress-Induced Leakage Currents in Ultra-Thin Silicon Dioxide Films (2006)
  • Author(s): T. Endo, K. Hirose, K. Shiraishi
  • Organizer: Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD)
  • Place of Presentation: Sendai
  • Year and Date: 2006-07-05
• [Presentation] XPSを用いたAu/極薄SiO_2界面のバリアハイトの測定 (2006)
  • Author(s): 鈴木治彦、長谷川覚、野平博司、服部健雄、山脇師之、鈴木伸子、小林大輔、廣瀬和之
  • Organizer: 応用物理学会分科会 シリコンテクノロジー研究会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2006-06-22