単一電子トラップ直視技術の開発とそれを用いた極薄ゲート絶縁膜の絶縁劣化機構の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305005
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 安田 幸夫 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60126951)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 朗 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20314031) ; 財満 鎭明 名古屋大学, 先端技術共同研究センター, 教授 (70158947)
• Keywords: ゲート絶縁膜 / 金属酸化膜 / 高誘電率材料 / ストレス誘起リーク電流 / 電流検出型原子間力顕微鏡

Research Abstract

65nm世代と呼ばれるULSI(2006年-)では、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)デバイスのゲート絶縁膜として、金属酸化物などの高誘電率材料を適用することが求められているが、リーク電流や信頼性の問題から、未だプロセス、材料共に適用に向けた解が得られていない。一方、従来のシリコン酸化膜(SiO_2)においても、リーク電流や絶縁破壊の機構は未だ明らかとなっておらず、特に高電界が印加されるフラッシュメモリにおいては、ストレス誘起リーク電流(SILC)が深刻な開発課題となっている。そこで本研究では、絶縁膜における電流リークや絶縁破壊の機構を明らかにするために、電流検出型原子間力顕微鏡(C-AFM)による局所リーク電流分布の観測を行っている。
本年度は、デバイスレベルでのマクロなリーク特性と、局所的なリーク電流分布の対応に着目して研究を行った。すなわち、電子注入ストレスによってSILCが観測されたSiO_2膜において、局所リーク電流分布をC-AFMで評価した。その結果、SiO_2膜におけるSILCの面内分布に関して、次のような知見が得られた。ゲート電極から電子注入によるストレスを加えた試料では、電流像に局所的な電流スポットが複数観測された。これに対して、電子注入ストレスを加えていない試料では、電流スポットは観測されなかった。また、電流スポット以外の領域での電流値も、電子注入ストレスを加えた試料の方が、加えていない試料よりも大きいという傾向が見られた。スポット上のリーク電流はSiO_2膜中に捕獲された正孔の再放出に起因する過渡電流であると考えられ、マクロなデバイス特性においても同様に過渡的なリーク電流が観測されている。一方、定常的なSILCは、SiO_2膜の面内で全体的に流れており、局所的に分布を持たないと考えられる。

Research Products

• [Publications] H.Ikeda, D.Matsushita, S.Naito, K.Ohmori, A.Sakai, S.Zaima, Y.Yasuda: "Growth processes and electrical characteristics of silicon nitride films formed on Si(100) by radical nitrogen"Japanese Journal Applied Physics. Vol.41 Part1,4B. 2463-2467 (2002)