極薄シリコン酸化膜の原子的レベルの膜厚高均一・高均質化技術の研究開発

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19026002
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 山部 紀久夫 University of Tsukuba, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (10272171)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 蓮沼 隆 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (90372341)
• Keywords: 原子的平坦性 / マイクロラフネス / 膜厚高均一性 / シリコン酸化膜 / シリコン / 未酸化シリコン / 表面 / 界面

Research Abstract

原子的に平坦なシリコン表面に熱酸化法により極薄シリコン酸化膜を形成し、その表面および界面のラフネスをAFMで評価し、膜厚均一性に関する新しい知見を得た。
商業的に得られる鏡面研摩したシリコン表面は、0.1nm以上のラフネスを有し、その表面に形成されたシリコン酸化膜表面には、0.lnm以上の凹凸を有している。本実験におけるSi(III)面の原子的平坦面のシリコン酸化膜の観察結果から、(1)表面の凹凸は、膜厚1nm以下ではほとんどラフネスの増加は観察されない。この結果は1nm程度の膜厚では、熱酸化でも原子的に均一な膜厚を実現できる可能性があることを示している。(2)その後膜厚増加と共に徐々にラフネスが増大し、10nm程度の膜厚で0.1nm程度のラフネスで飽和する。このことは、従来の鏡面研摩した表面では、本実験の結果は得られないことを実験的に示したことになる。一方、シリコン酸化膜/シリコン界面のラフネスは、0.5nm以下の膜厚で急激にラフネスが増加し、その後膜厚が増加してもある範囲内の変化に留まることが明らかとなった。厚膜においては平均値を中心に変動するのに対して、薄膜では、増加傾向に変動成分が重畳するように変化することが分かった。このように、初期に原子的平坦なシリコン表面を用いることにより、熱酸化における原子的な振る舞いが明らかになると共に、微細トランジスタの特性ばらつきや信頼性ばらつきに対する根本的な現象を捉えることができることを実験的に示すことができた。

Research Products

• [Journal Article] Hillock-free heavily Broron-deped homoepitaxial diamond films (2007)
  • Author(s): N.Tokuda, H.Umezawa, K.Yamabe, H.Okushi and S.Yamasaki
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. 46 Pages: 1469-1470
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Guiding Principle of Energy Level Controllability of Silicon Dangling Bonds in HfSiON (2007)
  • Author(s): N.Umezawa, K.Shiraishi, S.Miyazaki, A.Uedono, Y.Akasaka, S.Inumiya, R.Hasunuma, K.Yamabe, H.Momida, T.Ohno, K.Ohmori, T.Chikyow, Y.Nara, and K.Yamada
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. 46 Pages: 1891-1894
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Homogeneity improvements in the dielectric characteristics of HfSiON films by nitridation (2007)
  • Author(s): T.Naito, C.Tamura, S.Inumiya, R.Hasunuma, K.Yamabe
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys 46 Pages: 3197-3201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of metal/high・k structures using monoenergetic positronbeams (2007)
  • Author(s): A.Uedono, T.Naito, T.Otsuka, K.Ito, K.Shiraishi, K.Yamabe, S.Miyazaki, H.Watanabe, N.Umezawa, Y.Chikyow, T.Ohdaira, R.Suzuki, Y.Akasaka, S.Kamiyama, Y.Nara and K.Yamada
  • Journal Title: Jpn.JAppl.Phy6 46 Pages: 3214-3218
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influences of annealing in reducing and oxidizing ambients on flatband voltage properties of HfO2 gate stack structres (2007)
  • Author(s): K.Ohmori, P.Ahmet, M.Yoshitake, T.Chikyow, K.Shiraishi, K.Yamabe, H.Watanabe, Y.Akasaka, Y.Nara, K.-S.Chang, M.L.Green, and K.Yamada
  • Journal Title: J.Appl.Phys. 101 Pages: 084118_1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of nitrogen atoms in reduction of electron charge traps in Hf-based High-k dielectrics (2007)
  • Author(s): N.Umezawa, K.Shiraichi, K.Torii, M.Boero, T.Chikyow, H.watanabe, K.Yamabe, T.Ohno, K.Yamada and Y.Nara
  • Journal Title: IEEE electron device lett 28 Pages: 363-365
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Annealing properties of open volumes in strained SiN films studied by monoenergetic positron beams (2007)
  • Author(s): A.Uedono, K.Ito, T.Narumi, M.Sometani, K.Yamabe, Y.Miyagawa, T. Murata, K. Honda, N. Hattori, M. Matsuura, K. Asai, T. Ohdaira and R. Suzuki
  • Journal Title: J.Appl.Phys. 102 Pages: 064513.1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ダイヤモンド(III)表面の原子的平坦化 (2007)
  • Author(s): 徳田規夫, 李成奇, 梅澤仁, 山部紀久夫, 大串秀世, 山崎聡
  • Journal Title: ニューダイヤモンド 23 Pages: 30-31
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct observation of two-dimensional growth at SiO2/Si(III) interface (2007)
  • Author(s): D.Hojo, N.Tokuda and K.Yamabe
  • Journal Title: Thin Solid Films 515 Pages: 7892-7898
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface roughening of diamond(001)films during homoepitaxial growth in heavy horon doping (2007)
  • Author(s): Norio Tokuda, Hitoshi Umezawa, Takeyasu Saito, Kikuo Yamabe, Hideyo Okushi and Satoshi Yamasaki
  • Journal Title: Diamond and Related Materials 16 Pages: 767-770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Origin of the Hole Current in n-type High-k/Metal Gate Stacks Field Effect Transistor in and Inversion State (2007)
  • Author(s): Motoyuki Sato, Kikuo Yamabe, Takayuki Aoyama, Yasuo Nara, and Yuzuru Ohji
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys 46 Pages: L1058-L1060
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microscopic Understanding of PBTI and NBTI Mechanisms in High-k/Metal Gate Stacks (2007)
  • Author(s): Motoyuki Sato, Kikuo Yamabe, Kenji Shiraishi, Seiichi Miyazaki, Keisaku Yamada, Chihiro Tamura, Ryu Hasunuma, Seiji Inumiya, Takayuki Aoyama, Yasuo Nara, and Yuzuru Ohji
  • Journal Title: ECS Trans. 11 Pages: 615-627
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 熱混酸による原子的平坦ダイヤモンド(111)表面のラフニング. (2008)
  • Author(s): 徳田規夫1・竹内大輔1・梅沢仁1・山部紀久夫2・大串秀世13.・山崎聡
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] EBICによるpMOSのリーク虚挙動の比較 (2008)
  • Author(s): 陳君・関口隆史・高瀬雅美・深田直樹・知京豐裕・蓮沼隆・山部紀久夫・佐藤基之・奈良安雄・山田啓作
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] 空間電荷の移動によるイットリア安定化ジルコニア単結晶の導電性変化 (2008)
  • Author(s): 染谷満1・杉村聡太郎1・蓮沼隆12・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] 極薄シリコン酸化膜の均(1)…Si (111)表面に形成した熱酸化膜の凹凸 (2008)
  • Author(s): 蓮沼隆12・大沢敬一朗1・木暮洋輔1・増山浩平・岡本純一・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] 極薄シリコン酸化膜の均(2)…Si (111)表面に形成した熱酸化膜の凹凸 (2008)
  • Author(s): 大沢敬一朗1・木暮洋輔1・荒木浩司2・磯貝宏道2・竹田隆二12・松下嘉明2・蓮沼隆13・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] 極薄シリコン酸化膜の均(3)…シリコン単結晶表面のステップ/テラス構造制御 (2008)
  • Author(s): 山部紀久夫・荒木浩司3・磯貝宏道3・・竹田隆二13・松下嘉明3・大沢敬一朗1・木暮洋輔1・蓮沼隆
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] HfO2のマイクロ結晶形成による薄膜の電気伝導変化観察 (2008)
  • Author(s): 野村豪1・染谷満1・杉村聡太郎1・蓮沼隆12・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] HfSiON膜の低温域リーク電流 (2008)
  • Author(s): 林倫弘1・田村知大1・村田晃一1・犬宮誠治3・蓮沼隆12・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] TiN/HfSiONにおける電子伝導に寄与する欠陥準位の同定 (2008)
  • Author(s): 村田晃一・田村知大・林倫弘・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] HfSiOxのしきい値電圧蠣劣化に対するPDA効果 (2008)
  • Author(s): 田村知大・林倫弘・村田晃一・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] 高電界ストレス下でのシリコン酸化膜の劣化速度 (2008)
  • Author(s): Zhao, Lu・岡本真一・徳河唯・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋
  • Year and Date: 20080327-30
• [Presentation] ゲート電極形成後の熱処理によるHfSiON膜への影響 (2008)
  • Author(s): 村田晃一・田村知大・林倫弘・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20080114-15
• [Presentation] HfSiON膜の電気的特性へ与える高温PNA処理の影響 (2008)
  • Author(s): 林倫弘・田村知大・中村源志・赤坂泰志・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20080114-15
• [Presentation] 窒素添加がHfSiOxのNBTIに与える影響 (2008)
  • Author(s): 田村知大・林倫弘・村田晃一・犬宮誠治・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリゴン下王石ジー分科会共催特別研究会
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20080114-15
• [Presentation] ラジカル酸化膜の絶縁破壊特性 (2008)
  • Author(s): 岡本真一・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリゴン下王石ジー分科会共催特別研究会
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20080114-15
• [Presentation] HfSiON膜の電気的特性に見られるその影響 (2008)
  • Author(s): 蓮沼隆・田村知大・林倫弘・佐藤基之・山部紀久夫
  • Organizer: 応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリゴン下王石ジー分科会共催特別研究会
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20080114-15
• [Presentation] HfSiON/TaSiゲートスタックnMOs反転側ゲートリーク電流機構と破壊特性に関する考察 (2008)
  • Author(s): 佐藤基之・鬼沢岳・青山敬幸・奈良安雄・山部紀久夫
  • Organizer: 応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリゴン下王石ジー分科会共催特別研究会
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 20080114-15
• [Presentation] Evaluation of Two-Dimensional Distribution of Dielectric Degradation Using Difference in Etching Rate of Stressed SiO2 (2007)
  • Author(s): Shinichi, Okamoto・Y., Ttokukawa・R., Hasunuma・K., Yamabe・M., Ogino・H., Kuribayashi and Y., Sugahara
  • Organizer: The Second International Symposium on Atomic echnology (ISAT-2)
  • Place of Presentation: Awaji
  • Year and Date: 20071001-02
• [Presentation] Native oxidation from atomic steps on Si 山部,紀久夫 surface (2007)
  • Author(s): Keiichiro, Ohsawa・Ryu, Hasunuma and Kikuo., Yamabe
  • Organizer: The Second International Symposium on Atomic echnology (ISAT-2)
  • Place of Presentation: Awaji
  • Year and Date: 20071001-02
• [Presentation] 熱処理によるしきい値電圧の経時劣化抑制効果 (2007)
  • Author(s): 田村知大・林倫弘・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 20070904-08
• [Presentation] HfSiON膜の電気的特性へ与える高温PNA処理の影響 (2007)
  • Author(s): 林倫弘・田村知大・中村源志・赤坂泰・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 20070904-08
• [Presentation] ラジカル酸化膜の絶縁破壊特性 (2007)
  • Author(s): 岡本真一・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 20070904-08
• [Presentation] 酸素引き抜きによるTi/Al2O3界面平坦性の劣化観察 (2007)
  • Author(s): 杉村聡太郎・染谷満・蓮沼隆・上殿明良・山部紀久夫
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 20070904-08
• [Presentation] 単色陽電子ビームによる金属ゲート形成により絶縁膜へ導入された欠陥の検出 (2007)
  • Author(s): 鳴海貴允・上殿明良・染谷満・杉村聡太郎・山部紀久夫・松木武雄・渡辺俊成・三浦崇義・栄森貴尚・山田啓作
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 20070904-08
• [Presentation] Comprehensive Understanding of PBTI and NBTI reliability of High-k/Metal Gate Stacks with EOT Scaling to sub-Inm (2007)
  • Author(s): Motoyuki, Sato・Kikuo, Yamabe・kenji, Shiraishi・Seiichi, Miyazaki・Keisaku, Yamada・Chihiro Tamura・Ryu, Hasunuma・Siji, Inumiya・Takayuki, Aoyama・Yasuo, Nara and Tuzuru, Ohiji
  • Organizer: Int. Conf. SSDM
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 20070719-21
• [Presentation] Systematic studies on Fermi level pining of Hf-based high-k gate stacks (2007)
  • Author(s): K., Shiraishi・Y., Akasaka・G., Nakamura・M., Kadoshima・H., Watanabe・K., Yamabe・Y., Nara・Y., Ohji and K., Yamada.
  • Organizer: Int. Conf. SSDM
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 20070719-21
• [Presentation] Atomica flat diamond (111) surface formation by homoepitaxial lateral growth (2007)
  • Author(s): Norio, Tokuda・Hitoshi Umezawa・Sung, Gi Ri・Masahiko, Ogura・Kikuo, Yamabe・Hideyo, Okushi and Satoshi, Yamasaki.
  • Organizer: 18th European Conf. Diamond, Diamond-Like Mat erials Carbon Nanotubes, and Nitrides
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 20070719-14
• [Presentation] The effect of infiltration on atomic step flow (2007)
  • Author(s): K., Kamata・R., Ozaki・R., Hasunuma and K., Yamabe
  • Organizer: 17th International Symposium on Methodologies for Intelligent Systems
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 20070313-14
• [Presentation] Dielectric characteristics of SiO2 formed by radical oxygen (2007)
  • Author(s): S., Okamoto・R., Hasunuma and K., Yamabe
  • Organizer: 18th International Symposium on Methodologies for Intelligent Systems
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 20070313-14
• [Presentation] HfSiOxの闘値変動に対する窒素添加効果 (2007)
  • Author(s): 田村知大・内藤達也・佐藤基之・犬宮誠治・蓮沼隆・山部紀久夫
  • Organizer: 第93回研究集会表面・界面・シリコン材料研究委員会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2007-09-14
• [Remarks]
  • URL: http://vectora.esys.tsukuba.ac.jp/