ナノメートル誘電体薄膜の電子物性の理解と制御の研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19106005
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鳥海 明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50323530)
• キーワード: 界面ダイポール / XPS / ESR / Higher-k膜 / GeO2 / Fermi-level Pinning

研究概要

H22年度は、計画に記したとおり、Higher-k相の出現、High-k/SiO2界面に形成されるダイポール、さらにGeO2中の欠陥評価という観点から研究を進め、以下の進展を得ることができた。
(1)Higher-k相の出現に関しては、特にHfO2薄膜の高温安定相(立方晶HfO2)を低温で出現させることに成功しているが、この立方晶の室温安定性に関して解析を進め、相変化の温度依存性から活性化エネルギーを求めることによって相変化に対する明確な表式を得ることができた。
(2)High-k/SiO2界面のダイポール形成に関しては、x線光電子分光法(XPS)による直接検出を試み、SiO2側のバンド変調を詳細に調べることによって、High-k/SiO2界面において真空レベルに段差が起きていることが示された。また、このダイポールの向きがSiO2上に堆積するHigh-k材料によることもXPSを用いて明らかにされた。
(3)絶縁膜中の欠陥に関しては、GeO2をモチーフにすることによって、酸素欠損を導入したサンプルでは極めて顕著な光吸収特性が観察されている。同様に作製されたサンプルを用いてESR測定をすることによって、プロセス(酸素導入度)に応じた欠陥が明瞭に計測された。ESRの結果だけから欠陥の構造を同定できないが、酸素欠損起因のESR信号であることは間違いない。GeO2の膜質の直接的評価になりうるものを捉えることができたと言える。
以上のように、今年度も極めてHigh-k絶縁膜に関して極めて新規性が高い結果を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Interfacial Dipole at High-k Dielectrics/SiO2 Interface: X-ray Photoelectron Spectroscopy Characteristics (2011)
  • 著者名/発表者名: L.Q.Zhu, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, S.K.Wang, A.Toriumi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.50 ページ: 031502-1 031502-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Dipole Layer Formed at High-k Dielectrics/SiO2 Interface with X-ray Photoelectron Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: L.Q.Zhu, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, S.K.Wang, A.Toriumi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.3 ページ: 061501-1 061501-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feasibility of Ge CMOS for Beyond Si-CMOS (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Toriumi, C.H.Lee, T, Nishimura, K.Kita, S.K.Wang, M.Yoshida, K.Nagashio
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(6) ページ: 33-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Dipole Layers at Oxide Interfaces in High-k Gate Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, L.Q.Zhu T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(6) ページ: 463-477
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct LaLuO3/Ge Gate Stack Formation by Interface Scavenging and Subsequent Low Temperature O2 Annealing (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tabata, C.H.Lee, K.Kita, A.Toriumi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(3) ページ: 375-382
  • 査読あり
• [雑誌論文] Desorption kinetics of GeO from GeO2/Ge structure (2010)
  • 著者名/発表者名: S.K.Wang, K.Kita, C.H.Lee, T.Tabata, T.Nishimura, K.Nagashio , A.Toriumi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108 ページ: 54104-1 54104-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic analysis of moisture absorption phenomena in high-permittivity oxides as gate dielectrics of advanced complementary-metal-oxide semiconductor devices (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Zhao, K.Kita, A.Toriumi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Letters 巻: 96 ページ: 242901-1 242901-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation, Diffusion and Desorption in Ge/GeO2 System (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Toriumi, S.K.Wang, C.H.Lee, M.Yoshida, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 28(2) ページ: 171-180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Demonstration of Higher-k Phase HfO2 through Non equilibrium Thermal Treatment (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakajima, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 28(2) ページ: 203-212
  • 査読あり
• [学会発表] Demonstration of Very High-k HfO2(k～50)by Suppressing Martensitic Transformation in Thin Dielectric Films (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakajima, K.Kita, T, Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: 2011 International Workshop on Dielectric Thin Film for Future Electron Devices(IWDTF2011)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-01-20
• [学会発表] lnterface Layer Scavenging and Defect Generation in LaLuO3/Ge MIS Gate Stack (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Tabata, C.H.Lee, K.Kita, A.Toriumi
  • 学会等名: 2011 International Workshop on Dielectric Thin Film for Future Electron Devices(IWDTF2011)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-01-20
• [学会発表] Kinetic Effects of Oxygen Vacancy Formed by GeO2/Ge Interfacial Reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: S.K.Wang, K.Kita, T, Nishimura, K.Nagashio, A, Toriumi
  • 学会等名: 2011 International Workshop on Dielectric Thin Film for Future Electron Devices(IWDTF2011)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-01-20
• [学会発表] Direct LaLuO3/Ge Gate Stack Formation by Interface Layer Scavenging and Subsequent Low Temperature O2 Annealing (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Tabata, C.H.Lee, K.Kita, A.Toriumi
  • 学会等名: The 218th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Las Vegas, U.S.A
  • 年月日: 2010-10-13
• [学会発表] Formation of Dipole Layers at Oxide Interfaces in High-k Gate Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, L.Q.Zhu T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: The 218th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Las Vegas, U.S.A
  • 年月日: 2010-10-12
• [学会発表] Feasibility of Ge CMOS for Beyond Si-CMOS (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Toriumi, C.H.Lee, T.Nishimura, K.Kita, S.K.Wang, M.Yoshida, K.Nagashio
  • 学会等名: The 218th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Las Vegas, U.S.A
  • 年月日: 2010-10-11
• [学会発表] TO-and LO-mode analyses in asymmetric stretching vibrations in ultra thinthermally grown GeO2 on Ge substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Yoshida, T.Nishimura, C.H.Lee, K.Kita, K.Nagashio , A.Toriumi
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Stability origin of metastable higher-k phase HfO2 at room temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakajima, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] Advantage of High-pressure Oxidation for Ge/GeO2 Stack Formation (2010)
  • 著者名/発表者名: C.H.Lee, T.Nishimura, T.Tabata, S.Wang, K.Nagashio, K.Kita, A.Toriumi
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices andMaterials(SSDM)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] Effects of GeO2-Metal Interaction on VFB of GeO2 MIS Gate Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: F.I.Alzakia, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices andMaterials(SSDM)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] GeO Desorption Mechanism from GeO2/Ge Stack Determined by 73Ge Labeling Technique in Thermal Desorption Spectroscopy(TDS)Analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: S.K.Wang, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] Design of Interfacing Fields for Advanced Electron Devices (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Toriumi
  • 学会等名: International Symposium on Technology Evolution for Silicon Nano-Electronics(ISTESNE)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-06-03
• [学会発表] Oxidation, Diffusion and Desorption in Ge/GeO2 System (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Toriumi, S.K.Wang, C.H.Lee, M.Yoshida, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio
  • 学会等名: 217th ECS Meeting
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2010-04-27
• [学会発表] Experimental Demonstration of Higher-k Phase Hf02 through Non-equilibrium Thermal Treatment (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakajima, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: 217th ECS Meeting
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2010-04-27
• [図書] 「Silicon-germanium(SiGe) nanostructures」 edited by Y.Shiraki and N.Usami Chapter 20 「High electron mobility germanium(Ge) metal oxide semiconductor field effect transistors(MPSFETs)」 (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Toriumi(分担執筆)
  • 総ページ数: 528-550
  • 出版者: WOODHEAD PUBLISHING IN MATERIALS
• [備考]
  • URL: http://www.adam.t.u-tokyo.ac.jp/publication.thml