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

• 研究課題/領域番号: 19026002
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山部 紀久夫 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (10272171)
• 研究分担者: 蓮沼 隆 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (90372341)
• 研究期間 (年度): 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2007年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
• キーワード: 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

研究概要

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。

研究成果

• [雑誌論文] Hillock-free heavily Broron-deped homoepitaxial diamond films (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Tokuda, H.Umezawa, K.Yamabe, H.Okushi and S.Yamasaki
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 46 ページ: 1469-1470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Guiding Principle of Energy Level Controllability of Silicon Dangling Bonds in HfSiON (2007)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 46 ページ: 1891-1894
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homogeneity improvements in the dielectric characteristics of HfSiON films by nitridation (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Naito, C.Tamura, S.Inumiya, R.Hasunuma, K.Yamabe
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys 46 ページ: 3197-3201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of metal/high・k structures using monoenergetic positronbeams (2007)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Jpn.JAppl.Phy6 46 ページ: 3214-3218
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influences of annealing in reducing and oxidizing ambients on flatband voltage properties of HfO2 gate stack structres (2007)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of nitrogen atoms in reduction of electron charge traps in Hf-based High-k dielectrics (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Umezawa, K.Shiraichi, K.Torii, M.Boero, T.Chikyow, H.watanabe, K.Yamabe, T.Ohno, K.Yamada and Y.Nara
  • 雑誌名: IEEE electron device lett 28 ページ: 363-365
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing properties of open volumes in strained SiN films studied by monoenergetic positron beams (2007)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 102
  • 査読あり
• [雑誌論文] ダイヤモンド(III)表面の原子的平坦化 (2007)
  • 著者名/発表者名: 徳田規夫, 李成奇, 梅澤仁, 山部紀久夫, 大串秀世, 山崎聡
  • 雑誌名: ニューダイヤモンド 23 ページ: 30-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of two-dimensional growth at SiO2/Si(III) interface (2007)
  • 著者名/発表者名: D.Hojo, N.Tokuda and K.Yamabe
  • 雑誌名: Thin Solid Films 515 ページ: 7892-7898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface roughening of diamond(001)films during homoepitaxial growth in heavy horon doping (2007)
  • 著者名/発表者名: Norio Tokuda, Hitoshi Umezawa, Takeyasu Saito, Kikuo Yamabe, Hideyo Okushi and Satoshi Yamasaki
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 16 ページ: 767-770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of the Hole Current in n-type High-k/Metal Gate Stacks Field Effect Transistor in and Inversion State (2007)
  • 著者名/発表者名: Motoyuki Sato, Kikuo Yamabe, Takayuki Aoyama, Yasuo Nara, and Yuzuru Ohji
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys 46
  • NAID: 40015715174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Understanding of PBTI and NBTI Mechanisms in High-k/Metal Gate Stacks (2007)
  • 著者名/発表者名: Motoyuki Sato, Kikuo Yamabe, Kenji Shiraishi, Seiichi Miyazaki, Keisaku Yamada, Chihiro Tamura, Ryu Hasunuma, Seiji Inumiya, Takayuki Aoyama, Yasuo Nara, and Yuzuru Ohji
  • 雑誌名: ECS Trans. 11 ページ: 615-627
  • 査読あり
• [学会発表] ゲート電極形成後の熱処理によるHfSiON膜への影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 村田晃一・田村知大・林倫弘・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 三島
• [学会発表] HfSiON膜の電気的特性へ与える高温PNA処理の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 林倫弘・田村知大・中村源志・赤坂泰志・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 三島
• [学会発表] 窒素添加がHfSiOxのNBTIに与える影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 三島
• [学会発表] ラジカル酸化膜の絶縁破壊特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 岡本真一・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 三島
• [学会発表] HfSiON膜の電気的特性に見られるその影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 蓮沼隆・田村知大・林倫弘・佐藤基之・山部紀久夫
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 三島
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 佐藤基之・鬼沢岳・青山敬幸・奈良安雄・山部紀久夫
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 三島
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] EBICによるpMOSのリーク虚挙動の比較 (2008)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 染谷満1・杉村聡太郎1・蓮沼隆12・山部紀久夫
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 野村豪1・染谷満1・杉村聡太郎1・蓮沼隆12・山部紀久夫
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] HfSiON膜の低温域リーク電流 (2008)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] TiN/HfSiONにおける電子伝導に寄与する欠陥準位の同定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 村田晃一・田村知大・林倫弘・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] HfSiOxのしきい値電圧蠣劣化に対するPDA効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 田村知大・林倫弘・村田晃一・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] 高電界ストレス下でのシリコン酸化膜の劣化速度 (2008)
  • 著者名/発表者名: Zhao, Lu・岡本真一・徳河唯・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
• [学会発表] HfSiOxの闘値変動に対する窒素添加効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田村知大・内藤達也・佐藤基之・犬宮誠治・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 第93回研究集会表面・界面・シリコン材料研究委員会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2007-09-14
• [学会発表] Comprehensive Understanding of PBTI and NBTI reliability of High-k/Metal Gate Stacks with EOT Scaling to sub-Inm (2007)
  • 著者名/発表者名: Motoyuki, Sato・Kikuo, Yamabe・kenji, Shiraishi・Seiichi, Miyazaki・Keisaku, Yamada・Chihiro Tamura・Ryu, Hasunuma・Siji, Inumiya・Takayuki, Aoyama・Yasuo, Nara and Tuzuru, Ohiji
  • 学会等名: Int. Conf. SSDM
  • 発表場所: Tsukuba
• [学会発表] Systematic studies on Fermi level pining of Hf-based high-k gate stacks (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Shiraishi・Y., Akasaka・G., Nakamura・M., Kadoshima・H., Watanabe・K., Yamabe・Y., Nara・Y., Ohji and K., Yamada.
  • 学会等名: Int. Conf. SSDM
  • 発表場所: Tsukuba
• [学会発表] Atomica flat diamond (111) surface formation by homoepitaxial lateral growth (2007)
  • 著者名/発表者名: Norio, Tokuda・Hitoshi Umezawa・Sung, Gi Ri・Masahiko, Ogura・Kikuo, Yamabe・Hideyo, Okushi and Satoshi, Yamasaki.
  • 学会等名: 18th European Conf. Diamond, Diamond-Like Mat erials Carbon Nanotubes, and Nitrides
  • 発表場所: Tsukuba
• [学会発表] Evaluation of Two-Dimensional Distribution of Dielectric Degradation Using Difference in Etching Rate of Stressed SiO2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Shinichi, Okamoto・Y., Ttokukawa・R., Hasunuma・K., Yamabe・M., Ogino・H., Kuribayashi and Y., Sugahara
  • 学会等名: The Second International Symposium on Atomic echnology (ISAT-2)
  • 発表場所: Awaji
• [学会発表] Native oxidation from atomic steps on Si 山部,紀久夫 surface (2007)
  • 著者名/発表者名: Keiichiro, Ohsawa・Ryu, Hasunuma and Kikuo., Yamabe
  • 学会等名: The Second International Symposium on Atomic echnology (ISAT-2)
  • 発表場所: Awaji
• [学会発表] 熱処理によるしきい値電圧の経時劣化抑制効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田村知大・林倫弘・佐藤基之・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] HfSiON膜の電気的特性へ与える高温PNA処理の影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 林倫弘・田村知大・中村源志・赤坂泰・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] ラジカル酸化膜の絶縁破壊特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 岡本真一・蓮沼隆・山部紀久夫
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 酸素引き抜きによるTi/Al2O3界面平坦性の劣化観察 (2007)
  • 著者名/発表者名: 杉村聡太郎・染谷満・蓮沼隆・上殿明良・山部紀久夫
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] The effect of infiltration on atomic step flow (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Kamata・R., Ozaki・R., Hasunuma and K., Yamabe
  • 学会等名: 17th International Symposium on Methodologies for Intelligent Systems
  • 発表場所: Tsukuba
• [学会発表] Dielectric characteristics of SiO2 formed by radical oxygen (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Okamoto・R., Hasunuma and K., Yamabe
  • 学会等名: 18th International Symposium on Methodologies for Intelligent Systems
  • 発表場所: Tsukuba
• [備考]
  • URL: http://vectora.esys.tsukuba.ac.jp/