In-situリアルタイム観察に基づくGe表面の初期酸化過程とその制御の研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19686037
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 喜多 浩之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (00343145)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 半導体物性 / 初期酸化過程

研究概要

Ge上のGeO 2膜からGeOが脱離する現象は,界面と表面で同時進行する反応に起因し,膜中の拡散律速モデルで説明される。GeO脱離に伴いGeO 2膜中には酸素欠損による欠陥が形成され,サブギャップ領域の光吸収として検出される。GeO 2上のキャップ層導入や,熱処理中の酸素分圧制御によりGeO脱離に伴う欠陥形成を抑制し,電気特性の大幅な改善を実証した。またHigh-k膜の共存による界面制御性の向上の可能性も示した。

研究成果

• [雑誌論文] GeO2/Ge界面制御によるGe-nMOSFETsの電子移動度の向上-Siユニバーサルカーブを超える移動度特性の実証- (2010)
  • 著者名/発表者名: 李忠賢, 西村知紀, 喜多浩之, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 109(408) ページ: 13-16
• [雑誌論文] Ge/GeO2 Interface Control with High-Pressure Oxidation for Improving Electrical Characteristics (2009)
  • 著者名/発表者名: C.H. Lee, T. Tabata, T. Nishimura, K. Nagashio, K. Kita, A. Toriumi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 2 ページ: 071404
• [雑誌論文] Comprehensive Study of GeO2 Oxidation, GeO Desorption and GeO2-Metal Interaction. Understanding of Ge Processing Kinetics for Perfect Interface Control- (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, S.K. Wang, M. Yoshida, C.H. Lee, K. Nagashio, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 雑誌名: 2009 IEEE International Electron Device Meeting (IEDM) ページ: 693-696
• [雑誌論文] Record-high Electron Mobility in Ge n-MOSFETs Exceeding Si Universality (2009)
  • 著者名/発表者名: C.H. Lee, T. Nishimura, N. Saido, K. Nagashio, K. Kita, A. Toriumi
  • 雑誌名: 2009 IEEE International Electron Device Meeting (IEDM) ページ: 457-460
• [雑誌論文] Control of Properties of GeO2 Films and Ge/ GeO2 Interfaces by the Suppression of GeO Volatilization (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, C.H. Lee, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 雑誌名: ECS Trans. 19(2) ページ: 101-116
• [雑誌論文] Ge/GeO2 Interface Control with High Pressure Oxidation for Improving Electrical Characteristics (2009)
  • 著者名/発表者名: C.H. Lee, T. Tabata, T. Nishimura, K. Nagashio, K. Kita, A. Toriumi
  • 雑誌名: ECS Trans. 19(1) ページ: 165-173
• [雑誌論文] Origin of Electric Dipoles Formed at High-k/SiO2 Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, A. Toriumi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 94 ページ: 132902
• [雑誌論文] Study of Kinetic Behaviors of GeO in GeO2/Ge Stacks (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, C.H. Lee, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 雑誌名: ECS Trans. 16(5) ページ: 187-194
• [雑誌論文] Impact of High Pressure O2 Annealing on Amorphous LaLuO3/Ge MIS Capacitors (2008)
  • 著者名/発表者名: Tabata, C.H. Lee, K. Kita, A. Toriumi
  • 雑誌名: ECS Trans. 16(5) ページ: 479-486
• [雑誌論文] Control of high-k/germanium interface properties through selection of high-k materials and suppression of GeO volatilization (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, T. Takahashi, H. Nomura, S. Suzuki, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci. 254 ページ: 6100
• [雑誌論文] Direct Evidence of GeO Volatilization from GeO2/Ge and Impact of Its Suppression on GeO2/Ge Metal-Insulator-Semiconductor Characteristics (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, S. Suzuki, H. Nomura, T. Takahashi, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 47 ページ: 2349
• [雑誌論文] Proof of Ge-Interfacing Concepts for Metal/ High-k/Ge CMOS -Ge-intimate Material Selection and Interface Conscious Process Flow (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Takahashi, T. Nishimura, L. Chen, S. Sakata, K. Kita, A. Toriumi
  • 雑誌名: 2007 IEEE International Electron Device Meeting (IEDM) ページ: 697-700
• [雑誌論文] Dramatic Improvement of GeO2/Ge MIS Characteristics by Suppression of GeO Volatilization (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, S. Suzuki, H. Nomura, T. Takahashi, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 雑誌名: ECS Trans. 11(4) ページ: 461-469
• [雑誌論文] Ge/High-k膜の界面反応に着目した電気特性の制御 (2007)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 能村英幸, 鈴木翔, 高橋俊岳, 西村知紀, 鳥海明
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 107(85) ページ: 85-90
• [学会発表] GeO2 MISスタックのフラットバンド電圧に対するGeO2/メタル界面の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 西村知紀, 李忠賢, アルザキアファド, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] GeO2形成時の高圧酸化と1気圧酸化の本質的な違い-バルクGeO2膜とGeO2/Ge界面の独立な制御- (2010)
  • 著者名/発表者名: 李忠賢, 西村知紀, 長汐晃輔, 喜多浩之, 鳥海明
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 高圧O2熱処理がGe/GeO2に及ぼす影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田まほろ, 喜多浩之, 李忠賢, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 低圧酸素雰囲気下におけるGe表面の活性酸化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 王盛凱, 喜多浩之, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] UV分光エリプソメトリを用いた複素屈折率測定に基づくGe上GeO2薄膜の欠陥評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田まほろ, 喜多浩之, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 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「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理ー」
  • 発表場所: 三島市
  • 年月日: 2010-01-22
• [学会発表] Ge/GeO2界面から脱離するGeOのTDSによる解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 王盛凱, 喜多浩之, 田畑俊行, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 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「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理ー」
  • 発表場所: 三島市
  • 年月日: 2010-01-22
• [学会発表] Kinetic Study of GeO Desorption from Ge/GeO2 System (2009)
  • 著者名/発表者名: S.K. Wang, K. Kita, C.H. Lee, T. Tabata, K. Nagashio, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 学会等名: 40th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
  • 発表場所: Arlingnton
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Sub-gap Formation and Its Annihilation in Energy Band Gap of GeO2 by Changing O2 Pressure in PDA Process (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, K. Kita, K. Nagashio, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 学会等名: 40th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
  • 発表場所: Arlingnton
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Spectroscopic Ellipsometry Study on Defects Generation in GeO2/Ge stacks (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, M. Yoshida, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2009-10-09
• [学会発表] 18O isotope tracing of GeO Desorption from GeO2/Ge Structure (2009)
  • 著者名/発表者名: S.K. Wang, K. Kita, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2009-10-09
• [学会発表] High Electron Mobility Ge n-Channel MOSFETs with GeO2 grown by High Pressure Oxidation (2009)
  • 著者名/発表者名: C.H. Lee, T. Nishimura, T. Tabata, K. Nagashio, K. Kita, A. Toriumi
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2009-10-09
• [学会発表] GeO2膜のサブギャップ光吸収とGeO脱離量の相関の考察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 吉田まほろ, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] Ge/GeO2からのGeO脱離における活性化エネルギーのTDSによる評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 王盛凱, 喜多浩之, 李忠賢, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] GeO2膜のアニール後に観測されるサブギャップ抑制のための高圧酸素圧力の定量化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 吉田まほろ, 喜多浩之, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] Ge高圧酸化におけるGeO脱離抑制に対する全圧と分圧の違い (2009)
  • 著者名/発表者名: 李忠賢, 西村知紀, 長汐晃輔, 喜多浩之, 鳥海明
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] Control of Properties of GeO2 Films and Ge/GeO2 Interfaces by the Suppression of GeO Volatilization (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, C. Lee, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 学会等名: 215th Meeting, The Electrochemical Society
  • 発表場所: 米国San Francisco市
  • 年月日: 2009-05-25
• [学会発表] 高圧酸化によるGeO2膜中欠陥の抑制効果の分光エリプソメトリーによる観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 李忠賢, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] Study of Electron Mobility of Ge n-MOSFETs with High Pressure Oxidized GeO2 (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, C.H. Lee, K. Kita, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 学会等名: 2008 International Workshop on Dielectric Thin Film for Future ULSI Devices
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-11-06
• [学会発表] Study of Kinetic Behaviors of GeO in GeO2/Ge Stacks (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, C.H. Lee, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
  • 発表場所: 米国Honolulu市
  • 年月日: 2008-10-15
• [学会発表] Control of interface properties of high-k/Ge with GeO2 interface layer (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, T. Nishimura, K. Nagashio, A. Toriumi
  • 学会等名: 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2008-09-24
• [学会発表] 熱処理によるGeO2膜の劣化過程の分光エリプソメトリーによる観察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 春日井市
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] Ge/絶縁膜およびGe/金属界面を制御したGe-MOSFET技術 (2008)
  • 著者名/発表者名: 鳥海明, 喜多浩之
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 習志野市
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] On the Control of GeO2/Ge and Metal/Ge Interfaces for Metal Source/drain Ge CMOS (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Toriumi, T. Nishimura, K. Kita, T. Takahashi
  • 学会等名: 2007 Materials Research Society Spring Meeting
  • 発表場所: 米国San Francisco市
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] GeO2/Ge界面からのGeO脱離の抑制によるGeO2/Ge界面特性の向上 (2008)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 鈴木翔, 能村英幸, 高橋俊岳, 西村知紀, 鳥海明
  • 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第13回ゲートスタック研究会
  • 発表場所: 三島市
  • 年月日: 2008-01-14
• [学会発表] Control of High-k / Ge Interface Properties through Selection of High-k Materials and Suppression of GeO Volatilizaiton (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, T. Takahashi, H. Nomura, S. Suzuki, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 学会等名: Fifth International Symposium on Control of Semiconductor Interface
  • 発表場所: 八王子市
  • 年月日: 2007-11-14
• [学会発表] Dramatic Improvement of GeO2/Ge MIS Characteristics by Suppression of GeO Volatilization (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, S. Suzuki, H. Nomura, T. Takahashi, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 学会等名: 212th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: 米国
  • 年月日: 2007-10-10
• [学会発表] Direct Evidence of GeO Volatilization from GeO2 Films and Impact of Its Suppression on GeO2/Ge MIS Characteristics (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Suzuki, K. Kita, H. Nomura, T. Nishimura, A. Toriumi
  • 学会等名: 2007 International Conference on Solid State Device and Materials
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2007-09-19
• [図書] "Interface Properties of High-k Dielectrics on Germanium", in "Advanced Gate Stacks for High-Mobility Semiconductors", A. Dimoulas, E. Gusev, P.C. Mclntyre and M. Heyns (ed. ) (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Toriumi, K. Kita, M. Toyama, H. Nomura
  • 総ページ数: 257-267
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://www.adam.t.u-tokyo.ac.jp/top.html