窒素添加Y_2O_3ゲートスタックにおける化学構造及び電気的特性評価(ゲート絶縁膜, 容量膜, 機能膜及びメモリ技術)

概要

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850℃で形成した厚さ1-2nmのSiO_2膜上に、電子ビーム(EB)蒸着法によりY_2O_3膜を堆積し、NH_3雰囲気中で熱処理(PDA)を施して窒素を導入し、化学結合状態の変化をX線光電子分光分析すると共に、AlゲートMISキャパシタにおいて、電気特性評価を行った。比較として、O_2, N_2およびNF_3 PDAが、Y_2O_3/SiO_2/p-Si(100)スタック構造に及ぼす影響も分析・評価した。その結果、600℃以上のNH_3 PDAにおいて、Nが混入し、Y_2O_3/SiO_2界面近傍でSi-N-O-Y結合ユニットを生成することが分った。また800℃では、Si-N-Y結合ユニットの生成が観測され、界面シリケート化と窒化反応が同時進行することが示唆された。700℃、800℃ NH_3 PDA後の膜中平均窒素組成は、それぞれ約14.4、20.0at.%であった。PDA処理後のAlゲートMISキャパシタ特性において、O_2, N_2 PDAに比べて、NH_3 PDAを施すことで、ゲート容量の大幅な低下を抑制しつつ、リーク電流を低減できることが分かった。また、膜中固定電荷量の低減には、NF_3 PDA有効であることも分かった。
社団法人電子情報通信学会の論文
2005-06-03