高温熱処理によるTiN／HfLaSiO／SiO_2ゲートスタック中Hf及びLa原子のTiN電極中への拡散とMIPS構造による抑制

摘要

ゲートファーストプロセスによるMetal／High-kスタックの実現に向け、TiN／HfLaSiO／SiO_2ゲートスタックに高温熱処理を施し、High-k膜構成元素の拡散挙動を電気特性評価とXPS分析により調べた。TiN／HfLaSiO／SiO_2 スタックに900°C以上の熱処理を施すと、High-k膜中Hf及びLa原子がTiN電極中に拡散する一方で、Poly-Si／TiN／HfLaSiO／SiO_2スタックでは1000°Cの熱処理後も薄いEOTを維持し、さらにHf及びLa原子の上方拡散を抑制できることが分からた。これらの拡散の物理的な起源を、TiN電極中に酸素を導入したゲートスタック構造を用いて調べ、熱処理時のSiO_2の増膜がHf及びLa原子の上方拡散を誘起することを明らかにした。