絶縁膜と半導体における界面ダイポールの定量的把握とモデル化に関する研究

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21246008
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 東京工業大学
• 研究代表者: 岩井 洋 東京工業大学, フロンティア研究機構, 教授 (40313358)
• 研究分担者: 角嶋 邦之 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 准教授 (50401568) ; アヘメト パールハット 東京工業大学, フロンティア研究機構, 特任准教授 (00418675)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 高誘電体薄膜 / 半導体 / 界面ダイポール

研究概要

高誘電体薄膜と半導体の界面に存在する界面ダイポールの起源を明らかにするため、希土類酸化物とSi基板界面を用いてフラットバンド電圧の変化に関する実験的な調査を行った。その結果、希土類酸化物の膜厚に依存したフラットバンド電圧変化のモデル化を行い、界面ダイポール量は酸化物中のSi原子に依存しないこと、プロセスや複数の希土類酸化物によって酸素を界面導入することでフラットバンド電圧を変化することができること示した。以上より、高誘電体薄膜と半導体の界面に存在する界面ダイポールはシリケート化反応に伴う酸素欠損による効果が大部分であることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] EOT of 0. 62 nm and High Electron Mobility in La-silicate/Si Structure Based nMOSFETs Achieved by Utilizing Metal-Inserted Poly-Si Stacks and Annealing at High Temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kawanago, K. Kakushima, P. Ahmet, K. Tsutsui, A. Nishiyama, N. Sugii, K. Natori, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: IEEE Trans. Electron Devices 巻: Vol.59 ページ: 269-276
  • 査読あり
• [雑誌論文] CovalentNature in La-Silicate Gate Dielectrics for Oxygen Vacancy Removal (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kawanago, K. Kakushima, P. Ahmet, K. Tsutsui, A. Nishiyama, N. Sugii, K. Natori, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: IEEEElectron Dev. Lett 巻: Vol.33 ページ: 423-425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence number transition and silicate formation of cerium oxide films onSi(100) (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Mamatrishat, M. Kouda, K. Kakushima, H. Nohira, P. Ahmet, Y. Kataoka, A. Nishiiyama, K. Tsutsui, N. Sugii, K. Natori, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Vacuum 巻: Vol.86 ページ: 1513-1516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of CeO_x/La_2O_3 gate dielectric and its effects on the MOS transistor characteristics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Wong, B. L. Yang, K. Kakushima, P. Ahmet, H. Iwai
  • 雑誌名: Vacuum 巻: Vol.86 ページ: 990-993
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface and electrical properties of Tm_2O_3 gate dielectrics for gate oxide scaling in MOS devices (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kouda, T. Kawanago, P. Ahmet, K. Natori, T. Hattori, H. Iwai, K. Kakushima, A. Nishiyama, N. Sugii, K. Tsutsui
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol. B 巻: Vol.29 ページ: 062202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compensation of oxygen defects in La-silicate gate dielectrics for improving effective mobility in high-k/metal gate MOSFET using oxygen annealing process (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kawanago, Y. Lee, K. Kakushima, P. Ahmet, K. Tsutsui, A. Nishiyama, N. Sugii, K. Natori, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Solid-StateElectron 巻: Vol.68 ページ: 68-72
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rareearth oxide capping effect on La_2O_3 gatedielectrics for equivalent oxidethickness scaling toward 0. 5 nm (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kouda, K. Kakushima, P. Ahmet, K. Tsutsui, A. Nishiyama, N. Sugii, K. Natori, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol.50 ページ: 1-PA4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of flatband voltage roll-off and roll-up behavior in La_2O_3/silicat gate dielectric (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kakushima, T. Koyanagi, K. Tachi, J. Song, P. Ahmet, K. Tsutsui, N. Sugii, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: Solid-State Electron 巻: Vol54 ページ: 720-723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Characteristics of Rare Earth(La, Ce, Pr and Tm) Oxides/Silicates Gate Dielectric (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matano, K. Funamizu, M. Kouda, K. Kakushima, P. Ahmet, K. Tsutsui, N. Sugii, K. Natori, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: ECSTrans 巻: Vol.27 ページ: 1120-1134
• [雑誌論文] Crystallographic Orientation Dependent Electrical Characteristics of La_2O_3 MOS Capacitors (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, K. Kakushima, P. Ahmet, E. Ikenaga, K. Tsutsui, N. Sugii, T. Hattori, H. Iwai
  • 雑誌名: ECS Trans 巻: Vol.25 ページ: 339-345
• [学会発表] Ce酸化物/Si(100)界面におけるCeの価数とCeシリケート (2012)
  • 著者名/発表者名: 幸田みゆき
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] ランタン酸化膜を用いたhigh-k/Si直接接合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 角嶋邦之
  • 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-
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] Metal insertedpoly-Si with high temperature annealing for achieving EOT of 0. 62 nm in La-silicate MOSFET (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kawanago, et al
  • 学会等名: European Solid-State Device Research Conference
  • 発表場所: Helsinki
  • 年月日: 2011-09-12
• [学会発表] W/Tm_2O_3/n-Si構造キャパシタの電気特性におけるTm_2O_3膜厚依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 常石佳奈, 他
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] Rare Earth Oxide Capping Effect on La_2O_3 Gate Dielectrics toward EOT of 0. 5 nm (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kouda, et al
  • 学会等名: International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices : Science and Technology
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-01-20
• [学会発表] Electrical Characteristics of La_2O_3 Gated MOS Capacitors with Different Wafer Orientation (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, et al
  • 学会等名: 216th ECS meeting
  • 発表場所: Vienna
  • 年月日: 2009-10-04