2023 Fiscal Year Annual Research Report
Research on thin film formation technology of metal oxide semiconductors by ALD method aiming at high-performance three-dimensional devices
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22H01958
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
浦岡 行治 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20314536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上沼 睦典 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20549092)
Bermundo J.P.S 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60782521)
來福 至 青山学院大学, 理工学部, 助教 (60936871)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 金属酸化物薄膜トランジスタ / 原子層堆積法 / 三次元デバイス / スパッタ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三次元集積デバイス応用を見据えたALD法による多結晶IGOチャネルの設計指針を確立する為にInOx/GaOxナノラミネート構造に着目し、その結晶化挙動の理解を目指した。ALD成膜におけるsuper-cycle法では成膜原理に基づき膜厚方向にInとGaの濃度分布が生じる為、本研究では比較用として膜厚方向に濃度分布が生じないスパッタ法でもIGO膜を成膜し、成膜手法間におけるGa濃度に対する結晶化温度と格子定数の依存性を議論した。
（１）ALD法により成膜したIGO膜のIn:Ga組成比や熱処理温度依存性ついて議論した。本研究ではXPSとRBS法を用いてALD-IGO膜の組成比を算出した結果、GaOxのsub-cycle比の上昇に伴い膜中のGa濃度が増加することを確認した。また、GIXRDの測定結果より、非晶質InOx/GaOxナノラミネート構造が熱処理によって多結晶IGOに成長することを確認した。本研究ではALD-IGO膜の結晶化挙動を理解する為に、膜中にInとGaが均一に分散するスパッタ膜を比較対象として選択し、結晶化温度やGa濃度に対する格子定数依存性を評価した。
（２）InOx:GaOx =15:1の条件で成膜したIGO膜を用いてFETを作製し、BEOL工程と親和性を有するプロセス温度で50 cm2/Vs以上の高い移動度が得られることを確認した。一方でS.S.値は500 mV/dec. 程度であり、更なる低減が望まれる。また、Idの立ち上がりが-3V付近であることからキャリア密度の低減が必要である。しかし、更なるGa添加による酸素欠損の抑制を目的としてGaOxのsub-cycle比を増加させるとIGO膜の結晶化温度は500 ℃以上になりBEOL工程とのプロセス温度親和性が失われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
構成グループの連携がよく、情報の共有がうまくいったおかげで、有望な結果が得られ、学会や論文投稿が順調である。また、分析手法など多くの協力が得られ、これも結果の獲得に功を奏している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ALD法による三元系多結晶OSの成膜において、用いる前駆体や成膜条件が添加元素の置換効率や膜の結晶化温度へ及ぼす影響を明らかにする。さらに、本研究で得られた知見を活用し三元系多結晶OS材料の添加元素がキャリア密度や移動度に与える影響を解明する。また、FETのチャネル幅 (W) 、チャネル長 (L) がnm台の素子や三次元構造を有するFETに三元系多結晶OS材料を適用し、前駆体、成膜条件と膜の結晶性や電気的特性との関係性を明らかにする。本研究で得られる知見によってナノラミネート構造における結晶化挙動の理解が促進され、三元系多結晶OS材料を用いた集積デバイスの発展へ寄与することが期待される。
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[Journal Article] Atomic Imaging of Interface Defects in an Insulating Film on Diamond2023
Author(s)
Mami N. Fujii, Masaki Tanaka, Takumi Tsuno, Yusuke Hashimoto, Hiroto Tomita, Soichiro Takeuchi, Shunjo Koga, Zexu Sun, John Isaac Enriquez, Yoshitada Morikawa, Jun Mizuno, Mutsunori Uenuma, Yukiharu Uraoka, and Tomohiro Matsushita
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 23（4）
Pages: 1189-1194
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] A Nanosheet Oxide Semiconductor FET Using ALD InGaOx Channel and InSnOx Electrode with Normally-off Operation, High Mobility and Reliability for 3D Integrated Devices2023
Author(s)
Kaito Hikake , Zhuo Li , Junxiang Hao , Chitra Pandy, Takuya Saraya, Toshiro Hiramoto, Takanori Takahashi, Mutsunori Uenuma, Yukiharu Uraoka, and Masaharu Kobayashi
Organizer
2023 Symposium on VLSI Technology and Circuits
Int'l Joint Research
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