高誘電体/シリコン界面形成の原子スケール制御による高品質界面の実現

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16560026
• Research Institution: Musashi Institute of Technology
• Principal Investigator: 野平 博司 武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (30241110)
• Keywords: 高誘電率材料 / 角度分解X線光電子分光法 / 絶縁膜 / Si界面 / 希土類酸化膜 / 深さ方向元素分布

Research Abstract

本研究では、次世代半導体集積回路に用いられるゲート長0.1ミクロン以下のMISFETの実現に必要不可欠な高誘電体薄膜の持つ問題点、すなわち界面準位や固定電荷の物理的な起源を実験結果から解明するために、透過電子顕微鏡による断面観察とは異なり、非破壊で界面及び界面近傍の組成や化学結合状態の深さ方向分布を明らかにできる"角度分解X線光電子分光法"を用いて高誘電体薄膜/シリコン界面構造の深さ方向分析を試みた。本年度は、角度分解光電子スペクトル解析に最大エントロピー法を適用することで、深さ方向の分析精度の向上を試みた。試料は、室温で水素終端されたSi面上にLaOxを堆積することで作製したLaOx/Siである。また、試料の一部は、1気圧の窒素中300℃、400℃、500℃の熱処理を行った。これらの試料を角度分解X線光電子分光法により評価した。測定光電子は、Si 2s、La 4d、La 4pである。なお、Si 2p内殻準位とLa 4d内殻準位が接近し過ぎているためにSi 2p光電子スペクトルのみを抽出することが難しくLaOx/Si界面における組成遷移層の構造をsi 2p光電子スペクトルの解析から明らかにすることはできないため、本研究ではSi 2s光電子スペクトルを用いた。その結果、LaOx/Si界面は、300℃までは安定であるが、400℃以上では、LaOx層とSi層との間で界面反応が生じLaシリケートが形成されること、500℃では、さらに界面反応が進行することを見いだした。

Research Products

• [Journal Article] Atomic-scale depth profiling of composition, chemical structure and electronic band structure of La_2O_3/Si(100) interfacial transition layer (2004)
  • Author(s): H.Nohira, T.Shiraishi, K.Takahashi, T.Hattori, I.Kashiwagi, C.Ohshima, S.Ohmi, H.Iwai, S.Joumori, K.Nakajima, M.Suzuki, K.Kimura
  • Journal Title: Applied Surface Science 234 Pages: 493-496