• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2013 年度 実績報告書

ULSIの高速化に向けた高誘電率ゲート絶縁膜/ゲルマニウム界面構造制御

研究課題

研究課題/領域番号 13J10462
研究機関名古屋大学

研究代表者

柴山 茂久  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

キーワードGe / ゲートスタック / 界面準位密度(D_<it>) / 酸化 / 酸化レート / Al_2O_3/Ge / AlGeO
研究概要

本研究は、高駆動力を有するGeチャネル金属-酸化膜-半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET)の実現に向けて、絶縁膜/Ge界面における界面反応メカニズムおよび界面欠陥の起源の理解に基づいた、Geデバイス開発の基盤技術の確立を目的としている。
(1)現在、Al_2O_3/Ge構造に対するECRプラズマ酸化が、低D_<it>と低SiO_2等価膜厚(EOT)を両立する手法として着目されている。本年度は、Al_2O_3/Ge構造に対するポスト酸化処理による界面構造変化、界面反応, および界面特性との相関関係の解明を行った。GeまたはGeOがAl_2O_3膜中に拡散し、Al_2O_3/Ge界面近傍でAl_6Ge_2O_<13> の形成が優先的に准行し、Al_20_3表面でGeO_2が形成されることが分かった。AlGeO形成反応とGeO2形成反応はそれぞれ独立に進行し、Al_2O_3/Ge界面近傍におけるAlGe6の形成に伴いD_<it> が減少することが分かった。
(2)絶縁膜材料に依らない界面構造設計技術の早急の確立に向けて、これまでの実験データおよび過去の報告例を系統的に整理し、Ge表面の酸化プロセスにおいて、Midgap付近の界面準位密度(D_<it>)を低減するには、Ge表面を高速で酸化することが重要であることを明らかにした。本結果を基に、D_<it>が絶縁膜/Ge界面における酸化レートと欠陥形成レートの競合により決定されるモデルを提案した。本モデルよりD_<it>を計算すると、計算結果は実験結果をよく再現でき、約600℃以下の広い範囲のプロセス温度において、0.1nm/s程度の比較的速い酸化レートにおけるGe表面の酸化により、10^<11> eV^<-1> cm^<-2> 以下の低D_<it>の実現がく可能であることを明らかにした。
以上より、低D_<it>および低EOTを両立する高品質なGeゲートスタック構造の実現には、短時間かつ0.1nm/s以上の酸化レートにおける酸化プロセスが重要であることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の予定であったAl_2O_3/Ge構造に対する後酸化処理による界面構造変化と界面反応メカニズム、および界面特性との相関関係を明らかにした。本年度はさらに、Ge表面の酸化プロセスにおいて、絶縁膜/Ge界面のMidgap付近の界面準位密度を制御するための物理的要因を解明し、低界面準位密度を実現するための酸化プロセスを明らかにした。

今後の研究の推進方策

本年度は、絶縁膜/Ge界面において、価電子帯端および伝導帯端璋準位を作る欠陥の起源の解明および, その制御手法の確立を目指す。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Impacts of AlGe0 Formation by Post Thermal Oxidation of Al_2O_3/Ge Structure on Interfacial Pronerties2014

    • 著者名/発表者名
      S. Shibayama, et al
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 557 ページ: 192-196

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding of Interface Structures and Reaction Mechanisms Induced by Ge or GeO Diffusion in Al_2O_3/Ge Structure2013

    • 著者名/発表者名
      S. Shibayama, et al
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 ページ: 0821104-1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction of Interface States Density due to Post Oxidation with Form ation of AlGeO Layer at Al_2O_3/Ge Interface2013

    • 著者名/発表者名
      S. Shibayama, et al
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 58 ページ: 301-308

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interfacial Reaction Mechanisms in Al_2O_3/Ge Structure by Oxygen Radioal Process2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kato, S. Shibayama, et al
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52 ページ: 04AC08-1-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilized Forniation of Tetragonal ZrO_2 Thin Film with High Permittivity2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kato, T. Saito, S. Shibayama, et al
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 557 ページ: 192-196

    • 査読あり
  • [学会発表] 酸化プロセスにおける絶縁膜/Ge界面の界面準位密度を決定づける物理的要因2014

    • 著者名/発表者名
      柴山茂久 ら
    • 学会等名
      第61回応用物理学会 春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学 (神奈川)
    • 年月日
      2014-03-18
  • [学会発表] 低界面準位密度を有するGe MOS構造を実現するGe表面の酸化条件2014

    • 著者名/発表者名
      柴山茂久 ら
    • 学会等名
      ゲートスタック研究会 ―材料・プロセス・評価の物理―(第19回研究会)
    • 発表場所
      ニューウェルシティー湯河原 (熱海)
    • 年月日
      2014-01-24
  • [学会発表] MOCVD法により形成した極薄GeO_2を用いたAl_2O_3/GeO_x/Ge構造の電気的特性および構造評価2014

    • 著者名/発表者名
      吉田鉄兵, 加藤公彦, 柴山茂久, 坂下満男, 竹内和歌奈, 田岡紀之, 中塚理, 財満鎭明
    • 学会等名
      ゲートスタック研究会 ―材料・プロセス・評価の物理―(第19回研究会)
    • 発表場所
      ニューウェルシティー湯河原 (熱海)
    • 年月日
      2014-01-24
  • [学会発表] Al_2O_3/Ge構造の後熱酸化によるAlGeO形成にともなう界面特性の改善2013

    • 著者名/発表者名
      柴山茂久 ら
    • 学会等名
      応用物理学会SC東海地区学術講演会2013 (JSAP SCTS 2013)
    • 発表場所
      名古屋大学 (愛知)
    • 年月日
      2013-11-16
  • [学会発表] Quantitative Guideline for Formation of Ge MOS Interface with Low Interface State Density2013

    • 著者名/発表者名
      S. Shibayama, et al
    • 学会等名
      International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices-Science and Technolog y-(2013 IWDTF)
    • 発表場所
      Tokyo (Japan)
    • 年月日
      2013-11-07
  • [学会発表] Interface Properties of Al_2O_3/Ge MOS Structures with Thin Ge. Oxide Interfacial Layer Formed by Pulsed MOCVD2013

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshida, K. Kato, S. Shibayama, M. Sakashita, N. Taoka, W. Takeuchi, O. Nakatsuka, and S Zaima
    • 学会等名
      International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices-Science and Technology- (2013 IWDTF)
    • 発表場所
      Tokyo (Japan)
    • 年月日
      2013-11-07
  • [学会発表] 界面反応機構に基づくAl_2O_3/Ge界面構造制御2013

    • 著者名/発表者名
      柴山茂久 ら
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学 (京都)
    • 年月日
      2013-09-17
  • [学会発表] Al_2O_3/Ge構造における酸化機構の解明と界面反応がその特性に及ぼす影響2013

    • 著者名/発表者名
      柴山茂久 ら
    • 学会等名
      シリコン材料・デバイス研究会 (SDM)
    • 発表場所
      機械振興会館 (東京)
    • 年月日
      2013-06-18
  • [学会発表] テトラエトキシゲルマニウムによる極薄GeO_2膜の形成2013

    • 著者名/発表者名
      吉田鉄兵, 加藤公彦, 柴山茂久, 坂下満男, 竹内和歌奈, 田岡紀之, 中塚理, 財満鎭明
    • 学会等名
      シリコン材料・デバイス研究会 (SDM)
    • 発表場所
      機械振興会館 (東京)
    • 年月日
      2013-06-18
  • [学会発表] Impacts of AlGeO Formation by Post Thermal Oxidation of Al_2O_3/Ge Structure o Interface Properties2013

    • 著者名/発表者名
      S. Shibayama, et al
    • 学会等名
      6th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-VI)
    • 発表場所
      Fukuoka (Japan)
    • 年月日
      2013-06-06

URL: 

公開日: 2015-07-15  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi