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高誘電体/シリコン界面形成の原子スケール制御による高品質界面の実現

研究課題

研究課題/領域番号 16560026
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関武蔵工業大学

研究代表者

野平 博司  武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (30241110)

研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
2005年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2004年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワード高誘電率材料 / 角度分解X線光電子分光 / 絶縁膜 / Si界面 / 希土類酸化膜 / 深さ方向元素分布 / 角度分解X線光電子分光法
研究概要

本研究では、次世代半導体集積回路に用いられるゲート長0.1ミクロン以下のMISFETの実現に必要不可欠な高誘電体薄膜の持つ問題点、すなわち界面準位や固定電荷の物理的な起源を実験結果から解明するために、透過電子顕微鏡による断面観察とは異なり、非破壊で界面及び界面近傍の組成や化学結合状態の深さ方向分布を明らかにできる"角度分解X線光電子分光法"を用いて高誘電体薄膜/シリコン界面構造の深さ方向分析を試みた。
スペクトル解析のために、LaとSiの組成を制御して作製した膜厚約10nmのランタンシリケートの測定を行った。その結果、La/Si組成比の増加とともにランタンシリケート中のSi原子からのSi 2s光電子の結合エネルギーは、低結合エネルギー側にシフトすること、一方、O 1s光電子の結合エネルギーは、La/siの比が変化してもほとんど変化しないことを見いだした。次に水素終端されたSi面上に室温でLaOXを堆積することで作製したLaOX/Siを用いて、界面の熱安定性を調べた。熱処理条件は、1気圧の窒素中300℃、400℃、500℃である。これらの試料をX線光電子分光法により評価した。測定光電子は、01sよび価電子帯である。また、高輝度放射光施設(SPring-8)のビームライン47XUで測定した角度分解Si 1s、La3 d_<5/2>光電子スペクトルを用いて、界面の詳細な検討を行った。これらの結果を本研究で明らかにした組成による結合エネルギーのシフトを考慮して検討した結果、LaOx/Si界面は、300℃までは安定であるが、400℃以上では、LaOX層とSi層との間で界面反応が生じLaシリケートが形成されること、500℃以上では、さらに界面反応が進行することを見いだした。また、LaOx/Si(100)界面における価電子帯上端および伝導帯下端の不連続量は、熱処理温度の上昇とともに大きくなり、熱処理温度500℃以上で一定値に達するを明らかにした。

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (10件)

  • [雑誌論文] Thermal stability of Gd_2O_3/Si(100) interfacial transition layer2006

    • 著者名/発表者名
      H.Nohira, T.Yoshida, H.Okamoto, S.Shinagawa, W.Sakai, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura, Ng Jin Aun, Y.Kobayashi, S.Ohmi, H.Iwai, E.Ikenaga, Y.Takata, K.Kobayashi, T.Hattori
    • 雑誌名

      Journal de Physique IV 132

      ページ: 273-277

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermal stability of Gd_2O_3/Si(100) interfacial transition layer2006

    • 著者名/発表者名
      H.Nohira, T.Yoshida, H.Okamoto, S.Shinagawa, W.Sakai, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura, Ng Jin Aun, Y.Kobayashi, S.Ohmi, H.Iwai, E.Ikenaga, Y.Takata, K.Kobayashi, T.Hattori
    • 雑誌名

      Journal de Physique IV Vol.132

      ページ: 273-277

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Angle-resolved XPS study on chemical bonds in ultrathin silicon oxynitride films2005

    • 著者名/発表者名
      S.Shinagawa, H.Nohira, T.Ikura, M.Hori, M.Kase, T.Hattori
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering 80

      ページ: 98-101

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Angle-resolved XPS study on chemical bonds in ultrathin silicon oxynitride films2005

    • 著者名/発表者名
      S.Shinagawa, H.Nohira, T.Ikuta, M.Hori, M.Kase, T.Hattori
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering Vol.80

      ページ: 98-101

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermal Stability of Lanthanum Oxide/Si(100) Interfacial Transition Layer2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nohira, T.Yoshida, H.Okamoto, Ng Jin Aun, Y.Kobayashi, S.Ohmi, H.Iwai, E.Ikenaga, K.Kobayashi, Y.Takata, T.Hattori
    • 雑誌名

      Electrochemical Society Inc.Society Inc.ECS Transactions 1

      ページ: 87-95

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Atomic-scale depth profiling of composition,chemical structure and electronic band structure of La_2O_3/Si(100) interfacial transition layer2004

    • 著者名/発表者名
      H.Nohira, T.Shiraishi, K.Takahashi, T.Hattori, I.Kashiwagi, C.Ohshima, S.Ohmi, H.Iwai, S.Joumori, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura
    • 雑誌名

      Applied Surface Science 234

      ページ: 493-496

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Composition,chemical structure,and electronic band structure of rare earth oxide/Si(100) interfacial transition layer2004

    • 著者名/発表者名
      T.Hattori, T.Yoshida, T.Shiraishi, K.Takahashi, H.Nohira, S.Joumori, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura, I.Kashiwagi
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering 72

      ページ: 283-287

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Atomic-scale depth profiling of composition, chemical structure and electronic band structure of La_2O_3/Si(100) interfacial transition layer2004

    • 著者名/発表者名
      H.Nohira, T.Shiraishi, K.Takahashi, T.Hattori, I.Kashiwagi, C.Ohshima, S.Ohmi, H.Iwai, S.Joumori, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura
    • 雑誌名

      Applied Surface Science Vol.234

      ページ: 493-496

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Composition, chemical structure, and electronic band structure of rare earth oxide/Si(100) interfacial transition layer2004

    • 著者名/発表者名
      T.Hattori, T.Yoshida, T.Shiraishi, K.Takahashi, H.Nohira, S.Joumori, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura, I.Kashiwagi
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering Vol.72

      ページ: 283-287

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Atomic-scale depth profiling of composition, chemical structure and electronic band structure of La_2O_3/Si(100) interfacial transition layer2004

    • 著者名/発表者名
      H.Nohira, T.Shiraishi, K.Takahashi, T.Hattori, I.Kashiwagi, C.Ohshima, S.Ohmi, H.Iwai, S.Joumori, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura
    • 雑誌名

      Applied Surface Science 234

      ページ: 493-496

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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