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極薄EOT実現に向けたプラズマ窒化応用high-k/Geゲートスタックの提案

Impact of Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ interface layer on EOT scaling in high-k/Ge gate stacks

朽木 克博*; 岡本 学*; 秀島 伊織*; 上西 悠介*; 桐野 嵩史*; Harries, J.; 吉越 章隆 ; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Kutsuki, Katsuhiro*; Okamoto, Gaku*; Hideshima, Iori*; Uenishi, Yusuke*; Kirino, Takashi*; Harries, J.; Yoshigoe, Akitaka; Teraoka, Yuden; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

高性能Geデバイスの実現には、高誘電率絶縁膜形成とその界面制御技術の確立が必須である。ZrO$$_{2}$$薄膜をGe基板上に堆積し、その後熱酸化処理を施したスタックは、優れたMOS界面特性を示す一方で、GeO$$_{2}$$界面層が形成されることにより等価SiO$$_{2}$$換算膜厚(EOT: Equivalent Oxide Thickness)が2nm以上となってしまう。本研究では、高密度プラズマ窒化により形成したGe$$_{3}$$N$$_{4}$$膜の優れた熱的安定性・耐酸化性に注目し、ZrO$$_{2}$$/Ge3N$$_{4}$$/Ge構造を作製し、熱処理後の界面構造について大型放射光施設SPring-8のBL23SUを用いて光電子分光法により評価した。Ge3d及びN1s内殻準位スペクトルの高分解能測定から、823Kの熱酸化処理によって界面Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$層はわずかに酸化するものの安定に存在することを確認し、また1.8nmのEOTを実現した。

Direct deposition of ZrO$$_{2}$$ films on Ge substrates and subsequent thermal oxidation results in an equivalent oxide thickness (EOT) of above 2 nm while obtaining good interface quality due to interfacial GeO$$_{2}$$ formation. In this work, we proposed the use of Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ interlayer formed by high-density plasma nitridation for further EOT scaling because of its high resistance to oxidation and superior thermal stability. The structural modification of ZrO$$_{2}$$/Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$/Ge after oxidation was characterized by synchrotron-radiation X-ray photoelectron spectroscopy at BL23SU in SPring-8. Ge 3d core-level spectra revealed that the Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ interlayer was slightly oxidized after thermal oxidation at 823 K, but N 1s spectra remained almost unchanged. This indicates that the Ge$$_{3}$$N$$_{4}$$ interlayer is effective in suppressing interfacial oxidation, thus obtaining an EOT of 1.8 nm.

使用言語

 :

Japanese

掲載資料名

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巻

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号

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ページ数

 :

発行年月

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発表会議名

 :

2010年(平成22年)春季第57回応用物理学関係連合講演会

開催年月

 :

2010/03

開催都市

 :

平塚

開催国

 :

日本

キーワード

 :

no keyword

特許データ

 :

PDF

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論文URL

 :

研究データの公開先DOI

 :

使用施設

 :

SPring-8(大型放射光施設)

広報プレスリリース

 :

論文解説記事
(成果普及情報誌)

 :

受委託・共同研究相手機関

 :

大阪大学

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