金属電極／高誘電率絶縁膜界面の物理を中心としたhigh-k/metalゲートスタックの実効仕事関数変調機構の理解

摘要

p型電極／高誘電率絶縁膜ゲートスタックでは，電極材料がpoly-Siもしくは金属に関わらず，ソース／ドレイン活性化アニールなどの高温熱処理後にその実効仕事関数が大きく低下してしまうことが知られている．このフェルミレベルピニングと呼ばれる現象は，high-k膜中に酸素空孔が形成されることによって生じるhigh-k／電極界面のダイポールが原因と考えられている．本研究では，酸素空孔起因の欠陥準位から電極側への電子移動のエネルギー利得や，ゲートスタック中に存在する炭素やシリコンなどの強い還元力を有する元素の存在が酸素空孔形成の駆動力であることを実験的に検証し，ゲートファーストhigh-k/metalゲートスタックの実効仕事関数制御に向けた指針を示した．