光電子分光法による高誘電率ゲート絶縁膜/歪GeおよびSiチャネルの界面構造の決定

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21560035
• Research Institution: 東京都市大学
• Principal Investigator: 野平 博司 東京都市大学, 工学部, 教授 (30241110)
• Keywords: 表面・界面物性 / 歪Geチャネル / 角度分解X線光電子分光法 / 高誘電率絶縁膜/半導体界面 / 積層構造 / 深さ方向元素分布

Research Abstract

"硬X線励起角度分解光電子分光法"とC-V測定、I-V測定の結果と組み合わせることで、電気的特性の優れた界面、また界面準位と固定電荷の物理的な起源および界面の熱安定性を明らかにすることを最終目的として研究を進めた。最終年度である平成23年度では、21年度に確立させた歪Geおよび歪Si基板の作製法およびHfO_2堆積法を用いて作製したHfO_2(10nm)/Si-Cap(0-5nm)/歪Ge(20nm)/SiGe/Si(100)構造をSPring-8のBL46XUにおいて硬X線励起角度分解光電子分光法でさらに詳細に評価した。特に平成23年度は、HfO_2中へのGeの拡散に及ぼすSi-Cap層の効果に注目し、特にGe2p光電子スペクトルとHf3d光電子スペクトルを詳細に解析した。なお、HfO_2の堆積温度は室温で、一部試料は酸素雰囲気中で、300℃、400℃の熱処理を行った。測定結果の解析から、(1)HfO_2層と歪みGe層が直接接触している場合、Geの酸化物が形成され容易にHfO_2中へ拡散すること、(2)HfO_2層と歪みGe層の間にSi-cap層を挿入した場合、未酸化のSi層が残っている場合だけでなく、未酸化のSi層が残っていない場合、すなわちすべてSiO_2層に変化しても、堆積および熱処理中のHfO_2へのGe酸化物の拡散が抑制されること、を見出した。これは、電気的特性の悪化を引き起こすGe酸化物のHfO_2中への拡散を薄いSi層を浅むことで抑制できることを意味する。また、これと並行してデバイスに必要な低抵抗コンタクトの実現のために、Ge中の不純物のSbの化学結合状態の評価を試みた。その結果は、Ge中のSbは、少なくとも2つの結合状態で分布していることを見出した。

Research Products

• [Journal Article] In diffusion and electronic energy structure in polymer layers on In tinoxide (2011)
  • Author(s): Polona Skraba, Gvido Bratina, Satoru Igarashi, Hirosi Nohira, Kazuyuki Hirose
  • Journal Title: Thin Solid Films Volume: Vol.519 Pages: 4216-4219
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2011.02.034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of High-κ/In_<0.53>Ga_<0.47>As Interface by Hard X-ray Photoemission Spectroscopy (2011)
  • Author(s): Koji Yamashita, Yuuya Numajiri, Masato Watanabe, Kuniyuki Kakushima, Hiroshi Iwai, Hiroshi Nohira
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: Vol.50 Pages: "10PD02-1"-"10PD02-5"
  • DOI: 10.1143/JJAP.50.10PD02
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Capacitance-Voltage Characterization of La_2O_3 Metal-Oxide-Semiconductor Structures on In_<0.53>Ga_<0.47> As Substrate with Different Surface Treatment Methods (2011)
  • Author(s): Dariush Zade, Takashi Kanda, Koji Yamashita, Kuniyuki Kakushima, Hiroshi Nohira, Parhat Ahmet, Kazuo Tsutsui, Akira Nishiyama, Nobuyuki Sugii, Kenji Natori, Takeo Hattori, Hiroshi Iwai
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: Vol.50 Pages: "10PD03-1"-"10PD03-4"
  • DOI: 10.1143/JJAP.50.10PD03
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] XPS Study on Chemical Bonding States of high-κ/high-μ Gate Stacks for Advanced CMOS (2011)
  • Author(s): Hiroshi Nohira, Arata Komatsu, Koji Yamashita, Kuniyuki Kakushima, Hiroshi Iwai, Yusuke Hoshi, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki
  • Journal Title: Electrochemical Society Inc., ECS Transactions Volume: 41(Invited) Pages: 137-146
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Various Surface Treatments on Chemical Bonding State at La_2O_3/In_<0.53>Ga_<0.47>As and nd In_<0.53>Ga_<0.47>As Surface (2011)
  • Author(s): Koji Yamashita, Arata Komatsu, Masato Watanabe, Yuuya Numajiri, Darius Zade, Kuniyuki Kakushima, Hiroshi Iwai, Hiroshi Nohira
  • Journal Title: Electrochemical Society Inc., ECS Transactions Volume: 41 Pages: 265-272
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 軟X線光電子分光法を用いたSi中Bの化学結合状態の熱処理温度依存性 (2012)
  • Author(s): 宮田陽平, 金原潤, 秋田洸平, 筒井一生, 野平博司, 泉雄大, 室隆桂之, 木下豊彦, 角嶋邦之, アヘメト パールハット, 服部健雄, 岩井洋
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] 軟X線光電子分光法によるSi中の極浅高濃度Bドープ層におけるクラスター濃度分布解析 (2012)
  • Author(s): 金原潤, 宮田陽平, 武井優典, 寺山一真, 筒井一生, 野平博司, 泉雄大, 室隆桂之, 木下豊彦, アヘメト パールハット, 角嶋邦之, 服部健雄, 岩井洋
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] Ce酸化物/Si(100)界面におけるCeの価数とCeシリケート (2012)
  • Author(s): 幸田みゆさ, Maimati Mamatrishat, 川那子高暢, 角嶋邦之, Ahmet Parhat, 野平博司, 片岡好則, 西山彰, 杉井信之, 筒井一生, 名取研二, 服部健雄, 岩井洋
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] SiO_2/SiC界面構造の角度分解光電子分光法による評価 (2012)
  • Author(s): 岡田葉月, 小松新, 渡邊将人, 室隆桂之, 泉雄大, 野平博司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] XPSとXAFSを用いたZnO/CdS界面の化学結合状態評価 (2012)
  • Author(s): 阿部泰宏, 小松新, 野平博司, 中西康次, 峯元高志, 太田俊明, 高倉秀行
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] Si-capによるHfO_2/歪みGe界面のHfジャーマネイト形成の抑制 (2012)
  • Author(s): 小松新, 多田隼人, 渡邉将人, 那須賢太郎, 星祐介, 榑林徹, 澤野憲太郎, ミロノフマクシム, 白木靖寛, 野平博司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-15
• [Presentation] In_<0.53>Ga_<0.47>As表面の初期酸化過程のAR-XPSによる評価 (2012)
  • Author(s): 沼尻侑也, 山下晃司, 小松新, Zade Darius, 角嶋邦之, 岩井洋, 野平博司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-15
• [Presentation] 第一原理分子軌道計算を用いた欠陥を持つSiO_2の絶縁破壊電界の推定 (2012)
  • Author(s): 関洋, 渋谷寧浩, 小林大輔, 野平博司, 泰岡顕治, 廣瀬和之
  • 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「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-」(第17回研究会)(旧「極薄シリコン酸化膜の形成・評価・信頼性」研究会)
  • Place of Presentation: 東レ総合研修センター(静岡県)
  • Year and Date: 2012-01-21
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSiO_2多形の静的誘電率推定 (2012)
  • Author(s): 渋谷寧浩, 小林大輔, 野平博司, 廣瀬和之
  • 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「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-」(第17回研究会)(旧「極薄シリコン酸化膜の形成・評価・信頼性」研究会)
  • Place of Presentation: 東レ総合研修センター(静岡県)
  • Year and Date: 2012-01-20
• [Presentation] 種々の表面処理によるIn_<0.53>Ga_<0.47>As表面の化学結合状態の角度分解光電子分光法による評価 (2012)
  • Author(s): 沼尻侑也, 山下晃司, 小松新, ザデ ダリューシュ, 角嶋邦之, 岩井洋, 野平博司
  • 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「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-」(第17回研究会)(旧「極薄シリコン酸化膜の形成・評価・信頼性」研究会)
  • Place of Presentation: 東レ総合研修センター(静岡県)
  • Year and Date: 2012-01-20
• [Presentation] 角度分解硬X線光電子分光法によるHfO_2/Si/歪みGe/SiGe構造の評価 (2011)
  • Author(s): 野平博司, 小松新, 那須賢太郎, 星裕介, 博林徹, 澤野憲太郎, マクシムミロノフ, 白木靖寛
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究会報告シリコン材料・デバイス
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-21
• [Presentation] AR-XPSによる種々の表面処理したIn_<0.53>Ga_<0.47>As表面の化学結合状態の評価 (2011)
  • Author(s): 沼尻侑也, 山下晃司, 小松新, ザデダリューシュ, 角嶋邦之, 岩井洋, 野平博司
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究会報告シリコン材料・デバイス
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2011-10-21
• [Presentation] Effect of Various Surface Treatments on Chemical Bonding State at La_2O_3/In_<0.53>Ga_<0.47>As and on In_<0.53>Ga_<0.47>As Surfaceat (2011)
  • Author(s): Koji Yamashita, Arata Komatsu, Masato Watanabe, Yuuya Numajiri, Darius Zade, Kuniyuki Kakushima, Hiroshi Iwai, Hiroshi Nohira
  • Organizer: 220th Meeting of The Electrochemical Society
  • Place of Presentation: Boston (USA)
  • Year and Date: 2011-10-11
• [Presentation] XPS Study on Chemical Bonding States of high-κ/high-μ Gate Stacks for Advanced CMOS (2011)
  • Author(s): Hiroshi Nohira, Arata Komatsu, Koji Yamashita, Kuniyuki Kakushima, Hiroshi Iwai, Yusuke Hoshi, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki
  • Organizer: 220th Meeting of The Electrochemical Society
  • Place of Presentation: Boston (USA)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-10
• [Presentation] AR-XPSによる(NH_4)_2S処理したIn_<0.53>Ga_<0.47>As表面の化学結合状態の評価 (2011)
  • Author(s): 沼尻侑也, 山下晃司, 小松新, ダリューシュザデ, 角嶋邦之, 岩井洋, 野平博司
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] 軟X線光電子分光法を用いたFin構造中の不純物化学結合状態分析 (2011)
  • Author(s): 宮田陽平, 金原潤, 難波覚, 三角元力, 筒井一生, 野平博司, 室隆桂之, 木下豊彦, 角嶋邦之, アヘメト パールハット, 服部健雄, 岩井洋
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] Si中にドープされたAsの軟X線光電子分光による化学結合状態の検出とその深さ方向分布 (2011)
  • Author(s): 金原潤, 宮田陽平, 秋田洸平, 筒井一生, 野平博司, 室隆桂之, 木下豊彦, アヘメト パールハット, 角嶋邦之, 服部健雄, 岩井洋
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] 第一原理分子軌道計算を用いたSiO_2の局所構造を反映した絶縁破壊電界の推定 (2011)
  • Author(s): 関洋, 渋谷寧浩, 小林大輔, 野平博司, 泰岡顕治, 廣瀬和之
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] 第一原理計算を用いたSiO_2/Si界面近傍中間酸化物の静的誘電率推定 (2011)
  • Author(s): 渋谷寧浩, 小林大輔, 野平博司, 廣瀬和之
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] XPS時間依存測定法によるSiO_2/Si界面の電荷トラップ密度の面方位依存性の評価 (2011)
  • Author(s): 石原由梨, 渋谷寧浩, 五十嵐智, 小林大輔, 野平博司, 上野和良, 廣瀬和之
  • Organizer: 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会137回研究集会(共催:電子情報通信学会SDM研究会)
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県)
  • Year and Date: 2011-07-04