Hf系絶縁膜中の水素原子の原子レベルの挙動の理論的研究－ホールを起源とした絶縁被壊のメカニズム

摘要

Hf系絶縁膜中のH原子の挙動について第一原理計算で検討した。 その結果、HfO{sub}2中のH原子はO原子と結合してO-Hボンドを形成することがわかった。 さらに、SiO{sub}2界面層/Si基板界面のSi dangling bondを終端しているH原子がHfO{sub}2中に移動し、HfO{sub}2中のO原子と結合する反応を考察した。本反応は、HfO{sub}2膜がホールトラップしていないときには吸熱反応であるのに対し、HfO{sub}2膜がホールトラップすると発熱反応に転じることを明らかにした。 本結果は、HfO{sub}2膜のホールトラップは界面のSi-Hボンド切断による界面準位密度増加、及びゲートリーク電流増大を引き起こすことを意味する。 以上の結果は、我々の絶縁破壊に関する実験結果と非常によく整合する。