EOT＝0.5nmに向けた希土類MOSデバイスの高温短時間熱処理の検討

摘要

EOT＝0.5nmを達成するにはSi基板との界面においてSiO_2界面層が形成されないhigh-k／Si直接接合構造の実現が必須である。 High-k材料のうち希土類酸化物はSi基板と直接接合が容易に達成できるため次世代high-k材料として期待されている。本研究では絶縁膜としてLa_2O_3／CeO_x積層構造を用いることで達成したhigh-k／Si直接接合の電気特性の評価結果を報告する。具体的には高温短時間熱処理により低温長時間熱処理に比べて小さいリーク電流、少ない膜中固定電荷密度を得られることを示した。またWゲート電極にTiNキャップを施すことで熱処理に伴うEOTの増加を抑制できることを示した。%A direct contact of high-k/Si substrate (without SiO_2 interfacial layer structure) is required for achieving an EOT as small as 0.5 nm. Among high-k materials, rare-earth oxides are promising since they can directly contact with Si substrate. In this study, electrical characterizations of direct contact structure with La_2O_3/CeO_x dielectric have been performed. Compared to the long time annealing at low temperature, lower leakage current and smaller fixed charge density are obtained with rapid thermal annealing at high temperature. The increase in EOT has been well suppressed by TiN capping on W gate electrode and a 0.55-nm EOT has been achieved even after the annealing at 900 ℃.