超高感度・高分解能界面分析によるゲート絶縁膜/シリコン界面構造の決定

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19360014
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 服部 健雄 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (10061516)
• 研究分担者: 木村 健二 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50127073) ; 中嶋 薫 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80293885) ; 野平 博司 東京都市大学, 工学部, 准教授 (30241110) ; 寺本 章伸 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (80359554) ; 諏訪 智之 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (70431541) ; 木下 豊彦 (財)高輝度光科学研究センター, 分子物性IIグループ, 主席研究員 (60202040)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 界面

研究概要

酸素ラジカルおよび窒素-水素ラジカルを用いて形成した高品質のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の組成および構造の解明を目指して、角度分解Si 2p、O 1s、N 1s内殻準位および価電子帯スペクトルを検出深さを揃えて測定した。その解析より、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の密度と構造、界面組成遷移層における組成および構造の面方位依存性、界面における価電子帯上端の不連続量(バンドオフセット)の面方位依存性を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Crystallographic orientation dependence of compositional transition and valence band offset at SiO_2/Si interface formed using oxygen radicals (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Suwa, A. Teramoto, Y. Kumagai, K. Abe, X. Li, Y. Nakao, M. Yamamoto, Y. Kato, T. Muro, T. Kinoshita, T. Ohmi, T. Hattori
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vol. 96, No. 10 ページ: 104908-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Si-SiO_2系の形成・構造・物性」、表面科学 (日本表面科学会) (2010)
  • 著者名/発表者名: 服部健雄, 廣瀬和之
  • 雑誌名: (社)日本表面科学会創立30周年記念特集号分野別記念解説 Vol. 31, No. 1 ページ: 173103-1-3
• [雑誌論文] Comprehensive x-ray photoelectron spectroscopy study on compositional gradient lanthanum silicate film (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kakushima, K. Tachi, J. Song, S. Sato, H. Nohira, E. Ikenaga, P. Ahmet, K. Tsutsui, N. Sugii, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol. 106, No. 12 ページ: 124903-1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] 巻頭言、LSIにかかわる技術の変遷と課題 (2009)
  • 著者名/発表者名: 服部健雄
  • 雑誌名: 応用物理学会誌 Vol. 78, No. 9 ページ: 841
• [雑誌論文] Complementary Metal-Oxide-Silicon Field-Effect-Transistors Featuring Atomically Flat Gate Insulator Film/Silicon Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Kuroda, A. Teramoto, Y. Nakao, T. Suwa, M. Konda, R. Hasebe, X. Li, T. Isogai, H. Tanaka, S. Sugawa, T. Ohmi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys vol. 48 ページ: 04C048-1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Different mechanism to explain the 1/f noise in n- and p-SOI-MOS transistors fabricated on (110) and (100) silicon-oriented wafers (2009)
  • 著者名/発表者名: P. Gaubert, A. Teramoto, W. Cheng, T. Hamada, T. Ohmi
  • 雑誌名: J.Vac.Sci.Technol.B Vol. 27, No. 1 ページ: 394-401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomically Flat Silicon Surface and Silicon /Insulator Interface Formation Technologies for (100) Surface Orientation Large-Diameter Wafers Introducing High Performance and Low-Noise Metal-Insulator-Silicon FETs (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Kuroda, T. Suwa, A. Teramoto, R. Hasebe, S. Sugawa, T. Ohmi
  • 雑誌名: IEEE Trans.Electron Devices Vol. 56, No. 2 ページ: 291-298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle-resolved photoelectron study on the structures of silicon nitride films and Si_3N_4/Si interfaces formed using nitrogen-hydrogen radicals (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Aratani, M. Higuchi, S. Sugawa, E. Ikenaga, J. Ushio, H. Nohira, T. Suwa, A. Teramoto, T. Ohmi, T. Hattori
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol. 104, No. 11 ページ: 114112-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Obser-vation of band bending of metal/high-k Si capacitor with high energy x-ray photo-electron spectroscopy and its application to interface dipole measurement (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kakushima, K. Okamoto, K. Tachi, J. Song, T. Kawanago, K. Tsutsui, N. Sugii, P. Ahmet, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol. 104, No. 10 ページ: 104908-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activated boron and its concen-tration profiles in heavily doped Si studied by soft x-ray photoelectron spectroscopy and Hall measurements (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Tsutsui, T. Matsuda, M. Watanabe, C-G Jin, Y. Sasaki, B. Mizuno, E. Ikenaga, K. Kakushima, P. Alhmet, T. Maruizumi, H. Nohira, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol. 104, No. 9 ページ: 093799-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the effect of in situ annealing of FePt nanodots under high vacuum on the chemical states of Fe and Pt by x-ray photoelectron spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Murugesan, J. C. Bea, C.-K. Yin, H. Nohira, E. Ikenaga, T. Hattori, M. Nishijima, T. Fukushima, T. Tanaka, M. Miyao, M. Koyanagi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol. 104, No. 7 ページ: 074316-1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Si_3N_4/Si Interface by UV Raman Spectrsocopy (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Ogura, T. Yoshida, D. Kosemura, Y. Kakemura, T. Aratani, M. Higuchi, S. Sugawa, A. Teramoto, T. Ohmi, T. Hattori
  • 雑誌名: Applied Surface Science Vol. 254 ページ: 6229-6231
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band bending measurement of HfO_2/SiO_2/Si capacitor with ultra-thin La_2O_3 insertion by XPS (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kakushima, K. Okamoto, M. Adachi, K. Tachi, J. Song, S. Sato, T. Kawanago, P. Ahmet, K. Tsutsui, N. Sugii, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Applied Surface Science Vol. 254 ページ: 6106-6108
  • 査読あり
• [雑誌論文] マイクロ波励起プラズマを用いた高品質シリコン窒化膜の形成 (2007)
  • 著者名/発表者名: 寺本章伸, 荒谷崇, 樋口正顕, 池永英司, 平山昌樹, 須川成利, 服部健雄, 大見忠弘
  • 雑誌名: 真空 (日本真空協会) Vol. 50, No. 11 ページ: 659-664
  • 査読あり
• [雑誌論文] ラジカル窒化シリコン酸窒化膜における窒素プロファイルのX線光電子分光分析による評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 河瀬和雅, 梅田浩司, 井上真雄, 諏訪智之, 寺本章伸, 服部健雄, 大見忠弘
  • 雑誌名: 真空 (日本真空協会) Vol. 50, No. 11 ページ: 672-677
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subnitride and valence band offset at Si_3N_4/Si interface formed using nitrogen-hydrogen radicals (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Higuchi, S. Sugawa, E. Ikenaga, J. Ushio, H. Nohira, T. Maruizumi, A. Teramoto, T. Ohmi, T. Hattori
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vol. 90, No. 12 ページ: 123114-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Characteristics of Si_3N_4 Films Formed by Directly Radical Nitridation on Si (110) and Si (100) Surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Higuchi, T. Aratani, T. Hamada, S. Shinagawa, H. Nohira, E. Ikenaga, A. Teramoto, T. Hattori, S. Sugawa, T. Ohmi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol. 46, No. 4B ページ: 1895-1898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle-resolved photoelectron spectroscopy on gate insulators (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Hattori, H. Nohira, S. Shinagawa, M. Hori, M. Kase, T. Maruizumi
  • 雑誌名: Microelectronics Reliability Vol. 47 ページ: 20-26
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoelectron Spectros-copy Studies of SiO_2/Si Interfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hirose, H. Nohira, K. Azuma, T. Hattori
  • 雑誌名: Progress in Surface Science Vol. 82 ページ: 3-54
  • 査読あり
• [雑誌論文] Very High Carrier Mobility for High-Performance CMOS on a Si (110) Surface (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Teramoto, T. Hamada, M. Yamamoto, P. Gaubert, H. Akahori, K. Nii, M. Hirayama, K. Arima, K. Endo, S. Sugawa, T. Ohmi
  • 雑誌名: IEEE Trans.Electron Devices Vol. 54, No. 6 ページ: 1438-1445
  • 査読あり
• [学会発表] 原子スケールで平坦なSiO_2/Si界面極近傍における歪評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 服部真季, 小瀬村大亮, 武井宗久, 永田晃基, 赤松弘彬, 小椋厚志, 諏訪智之, 寺本章伸, 服部健雄, 大見忠弘, 小金澤智之, 廣沢一郎
  • 学会等名: 応用物理学会、19p-P13-13
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2010-03-19
• [学会発表] Study on Gate Stacks in Future Nano-Scaled CMOS using Hard X-Ray Photoelec-tron Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Zaima, T. Hattori
  • 学会等名: International Work-shop for New Opportunities in Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy : HAXPES 2009
  • 発表場所: Long Island, NY, USA
  • 年月日: 20090520-20090522
• [学会発表] Study on Compositional Tran-sition Layers at Gate Dielectrics/Si Interface by using Angle-resolved X-ray Photoelectron (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Suwa, T. Aratani, M. Higuchi, S. Sugawa, E. Ikenaga, J. Ushio, H. Nohira, A. Teramoto, T. Ohmi, T. Hattori
  • 学会等名: Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD 2009)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2009-06-25
• [学会発表] UV-Raman Spectroscopy Study on SiO_2/Si Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hattori, T. Yoshida, D. Kosemura, A. Ogura, T. Suwa, A. Teramoto, T. Hattori, T. Ohmi
  • 学会等名: Symposium on Dielectric and Semiconductor Materials、Devices、and Processing、215th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 2009-05-25
• [学会発表] UVラマン分光法によるSiO_2/Si界面の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 服部真季, 吉田哲也, 小瀬村大亮, 小椋厚志, 諏訪智之, 寺本章伸, 服部健雄, 大見忠弘
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Evaluation of Si_3N_4/Si Interface by UV Raman Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshida, K. Yamasaki, D. Kosemura, Y. Kakemura, T. Aratani, M. Higuchi, S. Sugawa, A. Teramoto, T. Ohmi, T. Hattori
  • 学会等名: Fifth International symposium on Control of Semiconductor Interfaces, OA2-5
  • 発表場所: Hachioji, Tokyo
  • 年月日: 2007-11-13