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

2005 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、前年度に有効性を実証した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"による測定結果の解析に最大エントロピー法を適用する方法を用いて、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。
はじめに、スペクトルのピーク分離のために、LaとSiの組成を制御して作製した10nm厚のランタンシリケートの測定を行った。その結果、La組成の増加とともにランタンシリケートに起因するSi 2pおよびLa 3d_<5/2>光電子の結合エネルギーは、それぞれ低結合エネルギー側および高結合エネルギー側にシフトすること、一方、O1s光電子の結合エネルギーは、Laの組成が変化してもほとんど変化しないことを明らかにした。次に、室温で水素終端されたSi面上にLaO_Xを堆積することで作製したLaO_X/Siおよびこの試料を1Torrの窒素中で300℃、400℃、500℃、600℃の熱処理を行った試料を角度分解X線光電子分光法により評価した。測定光電子は、Si 2s、La 3d、O 1sである。これらを本研究で明らかにした組成による結合エネルギーのシフトを考慮して検討した結果、LaO_X/Si界面は、300℃までは安定であるが、400℃以上では、LaO_X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℃以上では、さらに界面反応が進行することを見いだした。

Research Products

• [Journal Article] Thermal Stability of Lanthanum Oxide/Si(100) Interfacial Transition Layer (2005)
  • Author(s): H.Nohira, T.Yoshida, H.Okamoto, Ng Jin Aun, Y.Kobayashi, S.Ohmi, H.Iwai, E.Ikenaga, K.Kobayashi, Y.Takata, T.Hattori
  • Journal Title: Electrochemical Society Inc.Society Inc.ECS Transactions 1 Pages: 87-95