次世代MOSFETゲート用高誘電率材料の系統的探索と物性制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450121
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 徳光 永輔 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (10197882)
• 研究分担者: 大見 俊一郎 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (30282859)
• キーワード: 高誘電率材料 / ゲート絶縁膜 / MOSFET / 有機金属化学気相堆積法 / 分子線蒸着法 / ハフニア

研究概要

本研究では、二酸化シリコン換算膜厚(EOT)が2nm以下となる次世代MOSFET用のゲート絶縁膜を,高誘電率材料を利用して実現することを目的としている。前年度までに、超高真空中での分子線蒸着(MBD)法により、様々な高誘電率材料を探索し、ハフニアおよびランタニアにおいて良好な特性が得られた。今年度はまず、これらの材料の吸湿性を検討したところ、ランタニアでは劣化が激しいことが明らかとなった。従ってハフニアに的を絞り、新たに量産性に優れた有機金属気相成長法(MOCVD)により、ハフニア膜の作製と評価を行った。ハフニウム原料には、新たに酸素や塩素を含まないテトラキスジメチルアミドハフニウムおよびテトラキスジエチルアミドハフニウムの2種類のアミン系原料を用い、酸化剤には酸素または水を用いた。原料ガス、と酸化剤を交互に供給する方法を採用し、ハフニアの極薄膜をシリコン基板上に作製したところ、酸化剤に水を用いた方が、残留不純物が少なく、リーク電流も小さいことが明らかとなった。また、アミン系のハフニウム原料を比較した場合には、テトラキスジエチルアミドハフニウムを用いた方がテトラキスジメチルアミドハフニウムを用いた場合よりも、作製したハフニア膜中の残留不純物量が少なく、小さいリーク電流が得られることを明らかにした。テトラキスジエチルアミドハフニウムと水の組み合わせでは、二酸化シリコン換算膜厚1.8nmが得られ、この試料の1V印加時のリーク電流密度も10^<-5>A/cm^2以下と良好な特性が得られた。

研究成果

• [文献書誌] Takuya SUZUKI: "Characterization of Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor (MFMIS) Structures Using (Bi, La)_4Ti_3O_<12> and HfO_2 Buffer Layers"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41 Part1, No.11B. 6886-6889 (2002)
• [文献書誌] Naoki SUGITA: "Characterization of Sol-gel Derived Bi_<4-1>LaxTi_3O_<12> Films"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41 Part1, No.11B. 6810-6813 (2002)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu: "Ferroelecric-Gate Structures and Field-Effect Transistors Using (Bi, La)_4Ti_3O_<12> Films"Materials Research Society Symp. Proc.. Vol.688 Paper C4.1. 67-72 (2002)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu: "Characterization of HfO_2 Films Grown on Silicon Substrates by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition"Applied Surface Science. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] E.Tokumitsu: "Sm DOPING EFFECTS ON ELECTRICAL PROPERTIES OF SOL-GEL DERIVED SrBi_2Ta_2O_9 FILMS"Materials Research Society Symp. Proc.. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] EISUKE TOKUMITSU: "PREPARATION OF Sr_2(Ta, Nb)_2O_7 FILMS BY THE SOL-GEL TECHNIQUE FOR FERROELECTRIC-GATE STRUCTURES s"Ferroelectrics. Vol.271. 105-110 (2002)