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日々めざましく進化している今日の情報化社会において、その情報機器の基盤である半導体デバイスのさらなる技術発展が不可欠である。従来、MOSトランジスタのゲート絶縁膜にはSiO2およびSiONが用いられてきたが、微細化・集積化が進み、その膜厚は1nm以下まで薄くなってきた結果、量子トンネル効果によって絶縁膜を透過して流れ出てしまうゲートリーク電流が増え、集積化を足止めするに至っている。この問題を解決するため、High-kゲート絶縁膜の開発が進んでいる。High-kゲート絶縁膜を用いた次世代デバイス開発の技術的問題点の1つに絶縁膜と電極およびSi基板との界面制御がある。従来の観察手法では極微細領域である絶縁膜界面の3次元原子レベル観察は非常に困難であった。3次元アトムプローブ法は、実空間中で原子の3次元位置と種類をほぼ原子レベルの分解能で再現する測定法であり、極微細領域観察を得意とする。従来の電界パルス方式では伝導性のある金属材料しか測定できないが、レーザーパルス方式によって電界蒸発(試料先端に高電圧を印加することで試料最表面の原子がイオン化し試料から離脱する現象)をアシストすることで、半導体材料の測定が可能になる。そこで、レーザーパルス型局所電極型3次元アトムプローブを用いてランタンハフニウム系のHigh-kゲート絶縁膜の原子マップを得て、ゲート絶縁膜およびその界面に着目してその形状や原子種を調べ、従来の電子顕微鏡(TEM)等の測定手法では観察不可能なゲート絶縁膜の3次元原子マップ観察を行い、界面付近への不純物元素の偏析や界面構造解析を行った。
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