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2015 年度 実施状況報告書

新規ジャーマネイト系高誘電率ゲート絶縁膜材料の探索と低温直接形成法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26420281
研究機関諏訪東京理科大学

研究代表者

福田 幸夫  諏訪東京理科大学, 工学部, 教授 (50367546)

研究分担者 岡本 浩  弘前大学, 理工学研究科, 教授 (00513342)
王谷 洋平  諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (40434485)
佐藤 哲也  山梨大学, 総合研究部, 准教授 (60252011)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード原子層堆積法 / 金属ジャーマネイト / 誘電体物性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / ラジカル酸化 / プラズマ酸化 / MIS構造
研究実績の概要

平成27年度は、ゲルマニウム基板上に価数3のAlジャーマネイトおよび価数4のHfジャーマネイトを作製し、それらの[1]基礎物性評価と[2]熱・雰囲気ガスに対する安定性について検討した。
[1] AlおよびHfジャーマネイトのMOSキャパシター構造を作製し、試料に対する熱処理無しの条件下で、キャパシタンス法、コンダクタンス法、DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)法 により両者の特性比較を進めた。比誘電率に関しては、膜厚12nmのHfジャーマネイトが11.0であり、同じ膜厚のAlジャーマネイトの比誘電率7.6より45%大きな値を示した。一方、界面トラップ密度(Geのミッドギャップ近傍での値)に関しては、Alジャーマネイトの値が3x1011cm-1eV-1であるのに対して、Hfジャーマネイトの値はこれより2.3倍大きい7x1011cm-2eV-1であった。また、C-Vヒステリシスに関してもAlジャーマネイトが20mV以下の小さい値であるのに対してHfジャーマネイトは150mVと大きな値を示した。
[2] AlおよびHfジャーマネイトMOSキャパシターに対して還元性ガス雰囲気(N2+10% H2)中で熱処理を行い、これらの試料の熱安定性について検討した。AlジャーマネイトMOSキャパシターについては400℃の熱処理により界面トラップ密度が2x1011cm-2eV-1以下に低減するなど、C-Vヒステリシス特性の劣化を招くことなく電気的特性の大幅な改善効果が見られた。一方、HfジャーマネイトMOSキャパシターについては、300℃までの熱処理に対しては特性変動は見られなかったものの、400℃の熱処理により大きな特性劣化が発生し、MOSキャパシターとしての基本的特性を示さなかった。なお、300℃の熱処理による界面トラップ密度の低減は見られなかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初の計画では、Alジャーマネイトに加えてSr、La、Hf、Taのジャーマネイト薄膜を作製し、それらの基礎物性評価と熱・雰囲気ガスに対する安定性を検討する予定であった。Hfジャーマネイトについては当初の計画どおりに進み電気的評価と機器分析を行うことができたが、Srジャーマネイトの成膜実験時にALD装置の致命的故障が発生し、AlとHf以外のジャーマネイトの形成実験ができなくなってしまった。装置故障の原因はSr原料のALD供給に必要な原料ガス供給装置の高温度(200℃)であり、高温ガスの供給/排気によるポンプやバルブ等の破損である。

今後の研究の推進方策

蒸気圧が非常に低いストロンチウム、ランタン、タンタル有機金属原料ガスの供給方式の見直しと装置改良を行い、当初の計画に沿って成膜実験と評価を進める。

次年度使用額が生じた理由

実験用消耗品の使用量が少なくて済んだため。

次年度使用額の使用計画

実験用消耗品の購入に使用する。

備考

http://www/tus.ac.jp/ridai/

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Role of low-energy ion irradiation in the formation of an aluminum germanate layer on a germanium substrate by radical-enhanced atomic layer deposition2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuda, D. Yamada, T. Yokohira, K. Yanachi, C. Yamamoto, B. Yoo, J. Yamanaka, T. Sato, T. Takamatsu, and H. Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of Vacuum Science & Technology A

      巻: 34 ページ: 02D101-02D101-4

    • DOI

      10.1116/1.4932039

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interface State Density Evaluation of p-Type and n-Type Ge/GeNx Structures by Conductance Technique2015

    • 著者名/発表者名
      T. Iwasaki, T. Ono, Y. Otani, Y. Fukuda, and H. Okamoto
    • 雑誌名

      Electronics and Communications in Japan

      巻: 98 ページ: 8-15

    • DOI

      10.1002/ecj.11655

  • [学会発表] Radical-enhanced ALD法によるGe-MIS構造の欠陥評価(2)2016

    • 著者名/発表者名
      成田英史、山田大地、福田幸夫、岡本浩
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Effects of postdeposition treatments on the electrical properties of Al2O3/GeO2 gate stack grown on Ge substrate by radical enhanced atomic layer deposition2016

    • 著者名/発表者名
      H. Okamoto, D. Yamada, H. Narita, Y. Otani, C. Yamamoto, J. Yamanaka, T. Sato, and Y. Fukuda
    • 学会等名
      9th International Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
    • 発表場所
      Tohoku University
    • 年月日
      2016-01-11 – 2016-01-12
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Radical-enhanced ALD法によるGe-MIS構造の欠陥評価2015

    • 著者名/発表者名
      成田英史、山田大地、福田幸夫、鹿糠洋介、岡本浩
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] Radical-enhanced ALD法によって形成したAlジャーマネイト/Ge界面とその近傍の欠陥評価2015

    • 著者名/発表者名
      成田英史、山田大地、福田幸夫、鹿糠洋介、岡本浩
    • 学会等名
      電子通信情報学会電子部品・材料研究会(CPM)
    • 発表場所
      弘前大学
    • 年月日
      2015-08-10 – 2015-08-11
  • [学会発表] Role of low-energy ion irradiation in the formation of aluminum germanate layer on germanium substrate by radical-enhanced atomic layer deposition2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yokohira, K. Yanachi, D. Yamada, C. Yamamoto, B. Yoo, J. Yamanaka, T. Sato, T. Takamatsu, H. Okamoto, and Y. Fukuda
    • 学会等名
      The 13th International Symposium on Sputtering and Plasma Process
    • 発表場所
      Kyoto Research Park
    • 年月日
      2015-07-08 – 2015-07-10
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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