| 研究課題/領域番号 |
22560307
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| 研究機関 | 諏訪東京理科大学 |
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研究代表者 |
福田 幸夫 諏訪東京理科大学, システム工学部, 教授 (50367546)
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| 研究分担者 |
王谷 洋平 諏訪東京理科大学, システム工学部, 講師 (40434485)
石崎 博基 諏訪東京理科大学, システム工学部, 助教 (20383507)
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| キーワード | 誘電体物性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / MIS構造 / プラズマ成膜 / 原子層堆積 / 酸化ハフニウム / 酸化アルミニウム |
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| 研究概要 |
本課題は、マイクロ波リモートプラズマにより生成した原子状酸素(O^*)及び窒素(N^*)を酸窒化剤として用いる原子層堆積(PA-ALD)法によるハフニウム系高誘電体薄膜の低温形成技術の確立を目的としている。平成22年度は、[1]リモートプラズマによるO^*、N^*の生成条件の検討と、[2]PA-ALD法によるSi基板上へのAl_2O_3、HfO_2誘電体薄膜の形成条件の検討を実施した。
[1] プロセスパラメータ(ガス流量・圧力、Ar/O_2及びAr/N_2流量比、マイクロ波パワー)とO^*及びN^*生成量との関係を発光分光法により求め、生成条件を決定した。また、O^*照射によるSi表面の酸化速度の基板温度及びマイクロ波パワー依存性からO^*照射によるSiの酸化機構を検討した。さらに、Au/SiO_2/Si構造MOSキャパシタの電気的評価によりSiO_2/Si界面の品質を検討した。これらの結果、O^*零照射によるSiの酸化は基板温度にほとんど依存せず熱酸化のような拡散律速ではないこと、得られたSiO_2/Si界面の界面準位密度は～1x10^<11>cm^<-2>eV^<-1>と高品質であることが分かった。
[2] ALD原料として(a)Al(CH_3)_3[TMA]と(b)TDMAH[(Hf(N(C_2H_5)_2)_4]を用いて、Al_2O_3とHfO_2薄膜の形成条件を検討した。基板としてはHF-last Si基板を用いた。
(a) Al_2O_3成膜に関して、基板温度300℃において成膜速度0.15nm/cycle、界面準位密度5x10^<10>cm^<-2>eV^<-1>(400℃のFGA後)の良好な結果が得られた。また、Al_2O_3膜中の残留炭素はXPSの検出感度以下であった。一方、フラットバンドシフトはAl_2O_3の膜厚とともに大きくなることから(最大0.2Vのシフト量)、Al_2O_3/Sio_2界面でのダイポール生成が想定される。
(b) HfO_2成膜に関して、基板温度300℃において成膜速度0.1nm/cycle、界面準位密度1x10^<11>cm^<-2>eV^<-1>(400℃のFGA後)の良好な結果が得られた。また、HfO_2膜中の残留窒素及び炭素はXPSの検出感度以下であった。しかし、断面TEM及びXPS深さ分析の結果から、成膜温度に関係無くHfO_2/Si界面に4nm厚程度のHfシリケートが形成されていることが判明した。Hf元素はSi基板中に深く拡散していることから、この抑制が今後の重要な課題となる。
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