制限反応スパッタ製膜法による高誘電率YSZ絶縁膜の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650338
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 佐々木 公洋 金沢大学, 工学部, 助教授 (40162359)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 畑 朋延 金沢大学, 工学部, 教授 (50019767)
• Keywords: ZrO2 / 制限反応素スパッタ法 / 高誘電率 / SiO2 / MOSFET / high-kゲートテ絶縁物 / 短時間熱処理

Research Abstract

ZrO2(二酸化ジルコニュウム、ジルコニア)は、比誘電率20〜25を持ちMOSFET用ゲート絶縁物として有望視されている。しかし、Si基板上にそのまま堆積するとSi表面が酸化し、低誘電率のSiO2が生じ静電容量を増大できない。そこで、SiO2の生成を抑制しかつ損傷を与えず数nmの極薄かつ高品質ZrO2膜を堆積するための制限反応スパッタ法を開発した。まず、ZrO2が結晶化せずかつSi表面が酸化されない最高基板温度を調べたところ、300℃が最適であることが判った。次に、熱処理効果について検討したところ、500℃10秒間の短時間熱処理では、Si界面のSiOx層がわずかに増加するが、同時にZrO2漠の構造欠陥も除去されその結果誘電率が増大し、全体としてSiO2換算膜厚は1.5nmから1.15nmに小さくなった。しかし、700℃以上の熱処理では、SiOxが増大し漏れ電流特性は改善されるがSiO2換算膜厚は増大した。以上本研究において、極薄ZrO2膜作製における最適条件を明らかにした。

Research Products

• [Publications] K.Sasaki et al.: "Fabrication of Silicon/Germanium Superlattice by Ion Beam Sputtering"Vacuum. 66. 457-462 (2002)
• [Publications] K.Sasaki et al.: "Limited Reaction Growth of YSZ (ZrO2 : Y203) Thin Films for Gate Insulator"Vacuum. 66. 403-408 (2002)
• [Publications] M.Yabuuchi et al.: "The Growth of ZrO2 and the Gate Insulation Film Characteristic by Limited-Reaction Sputtering"The 14th Symposium of MRS-J, Program and Abstracts. 247 (2002)
• [Publications] S.Hana et al.: "A New PZT Thin Film Preparation Technique using Solid Oxygen-Source Target by RF reactive Sputtering"Proc. of 2002 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics. 378-382 (2002)