2003 Fiscal Year Annual Research Report

量子化学計算によるAl_2O_3原子層CVDのプロセス設計

Research Project

Project/Area Number	14040206
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	山下晃一東京大学, 大学院/工学系研究科, 教授 (40175659)
Keywords	ゲート酸化膜材料 / トンネルリーク電流 / ZrO_2 / 高誘電率材料 / 分子動力原法 / 第一原理計算 / 界面構造 / 界面欠陥
Research Abstract	MOS-FETの従来のゲート酸化膜材料であるSiO_2には、LSIの微細化や低消費電力化に伴いゲート絶縁膜の薄膜化が進むにつれ、直接トンネルリーク電流の問題が発生する。薄膜化の限界は1.5nm程度と言われており、近年、SiO_2にかわる材料として、高誘電率材料(High-K)が注目を集めている。SiO_2に比べ誘電率の高い物質であれば、膜厚を厚くしてもSiO_2と同程度の容量が得られるため、性能を保ちながらもトンネルリーク電流を抑えることが出来るはずであり、Al_2O_3,ZrO_2,HfO_2など高い比誘電率をもつ物質がその候補に挙げられている。その中でもZrO_2は非晶質であるという点でSiO_2と類似の性質を持つため、Siとの界面における熱的安定性に優れ、その利用が期待されている。しかし、ZrO_2のゲート酸化膜としての利用に際しては、Siとの界面構造の歪みに起因する界面欠陥が問題とされてきた。本研究の目的は界面の構造特性が半導体のバンド構造に与える影響を解析、ゲート酸化膜としての信頼性に与える影響を原子レベルから明らかにすることであり、これを構造のモデリング、その構造の電子状態計算の2つの要素に分けて行った。前者は、大規模系における構造を求めるには有効な分子動力学法によって、後者は求めた構造に対する第一原理計算によって行った。モデリングにより観測された特徴、(1)Si-O結合距離の歪み、(2)Zr-O結合距離の歪み、(3)Zr原子間に存在する格子間酸素、のうち禁制帯中への界面準位という形で影響が表れたのは(2)と(3)であった。特に(3)は価電子帯のすぐ上に現れるためゲート酸化膜の性能への影響が特に大きいものと考えられる。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] T.Nakajima: "Quantum Chemical Calaulations on Al-CVD using DHEAA"Mol.Physics. 101. 269-276 (2003)
[Publications] M.Yamamoto: "A DFT Study on the Reaction of O^- with CH_3F"THEOCHEM. 634. 31-39 (2003)
[Publications] A.Abe: "STM-and haser-Driven Atom Switch : An Open-System Density Matrix Study for H/Si(100)"Phup.Rev.B. 67. 235411-235419 (2003)
[Publications] A.Abe: "A Wavepacket Study on Tranilatioral Energy Distributions of the Photo-stimulated Desorbel Xe from Si(001)"Bull.Korean Chem.Soc.. 24. 691-694 (2003)
[Publications] A.Abe: "Effects of V.brational Relaxation on the Photodesorption of NO from Pt(III) : A Deweity Matrix Study"J.Chem.Plup.. 119. 9710-9718 (2003)
[Publications] Y.Asai: "Local Electronic Excitation Mecluanism for Narofabrication of Photodiacefylene Molecular Wire"J.Plup.Soc.Japan. 72. 3286-3290 (2003)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

量子化学計算によるAl_2O_3原子層CVDのプロセス設計

Principal Investigator

山下 晃一 東京大学, 大学院/工学系研究科, 教授 (40175659)

Research Products

[Publications] T.Nakajima: "Quantum Chemical Calaulations on Al-CVD using DHEAA"Mol.Physics. 101. 269-276 (2003)

[Publications] M.Yamamoto: "A DFT Study on the Reaction of O^- with CH_3F"THEOCHEM. 634. 31-39 (2003)

[Publications] A.Abe: "STM-and haser-Driven Atom Switch : An Open-System Density Matrix Study for H/Si(100)"Phup.Rev.B. 67. 235411-235419 (2003)

[Publications] A.Abe: "A Wavepacket Study on Tranilatioral Energy Distributions of the Photo-stimulated Desorbel Xe from Si(001)"Bull.Korean Chem.Soc.. 24. 691-694 (2003)

[Publications] A.Abe: "Effects of V.brational Relaxation on the Photodesorption of NO from Pt(III) : A Deweity Matrix Study"J.Chem.Plup.. 119. 9710-9718 (2003)

[Publications] Y.Asai: "Local Electronic Excitation Mecluanism for Narofabrication of Photodiacefylene Molecular Wire"J.Plup.Soc.Japan. 72. 3286-3290 (2003)

山下晃一東京大学, 大学院/工学系研究科, 教授 (40175659)