2018 Fiscal Year Annual Research Report
Depinning of Fermi Level by Interface Structure Control
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18H03830
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小池 淳一 東北大学, 工学研究科, 教授 (10261588)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コンタクト配線 / トランジスタ / ギャップ準位 / ショットキー障壁高さ / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコン基板上に直接に金属電極を形成して熱処理をすると、シリサイドが形成される。先端世代のトランジスタでは、シリサイドが成長し過ぎてゲート・ドレインリークを生じるため、シリサイドの成長を抑制する必要がある。本研究においてCo-Ti合金を界面層として形成した後に熱処理を行うことで、ホイスラー型のCo2TiSi層が形成され、これが拡散バリア層となってシリサイドの成長を顕著に抑制することができた。次に、金属誘起ギャップ準位（MIGS)の消滅を狙って、シリコン基板上に種々の厚さの熱酸化膜を形成し、Co/Co-Ti膜を形成し、種々の温度で熱処理を行った。得られたサンプルの金属電極はフォトリソグラフィ法によって微細な円状の電極にした。このMISサンプルの電流―電圧特性、電気容量ー電圧特性を測定し、得られた結果を分析してショットキー障壁高さ（SBH)を求めた。その結果、熱酸化膜無しの場合ではSBH=0.75eVであり文献値と同様の値がえられた。熱酸化膜の厚さを0.5nm、1nmと増加するとSBHは0.5eVから0.3eVまで減少した。界面構造を高分解TEMで観察したところ、熱酸化膜の形成によってシリコン表面の原子配列が平坦になっており、界面の構造欠陥密度が減少したことを示唆していた。よって、SBH=0.3eVという非常に低い値が得られた原因は、MIS構造によるMIGSの消滅と、界面欠陥密度の減少によると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画では酸化膜とシリサイド層の組織と構造の調査を行い、シリサイド形成挙動を解明することを予定していた。実際には、シリサイド形成挙動を解明しただけでなく、成長を抑制する方策を見出すことができた。さらに、本研究の重要課題であるSBHの低下についてもこれまでの報告では見られないような低い値を得ることができた。このように、当初の年度計画よりかなり進んだ成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属と半導体の界面に酸化物を配置したMIS構造サンプルを作製し、界面酸化物の厚さと電気特性が金属誘起ギャップ準位（MIGS）に与える影響を調査する。酸化物はシリコン基板上に熱酸化法によって0.5～5nmの範囲で膜厚を変化したものを作製する。また、スパッタ法によって不純物をドープした厚さが異なるSiO2を作製する。これらの試料において、I-VおよびC-V測定を行い、ショットキーバリア高さ、界面準位密度を測定する。さらに、電子エネルギー損失分光法（EELS)を用いてMIGSの存在に対する酸化物の影響を調べる。酸化物を形成することによってMIGS密度を低減し、ショットキー障壁高さを低減できることが確認できたら、その条件ににおいて不純物ドープしたSiO2のトンネル電流を測定し、大きいトンネル電流を得ることができる条件を絞り込む。得られる結果をもとに、界面準位密度を低減してフェルミ準位をピニングから解放し、障壁高さを低下でき、かつ、電流密度を低下する条件が特定できる。
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