La{sub}2O{sub}3-Al{sub}2O{sub}3複合膜における定電圧ストレス印加時の局所的な電荷捕獲とその放出過程

摘要

高誘電率ゲート絶縁膜として期待されているLa{sub}2O{sub}3-Al{sub}2O{sub}3複合膜に着目し、定電圧ストレス印加中の局所リーク電流を電流検出型原子間力顕微鏡法(conductive atomic force microscopy: C-AFM)を用いて観察することで、膜中への電荷捕獲、放出過程とその空間分布を調べた。 更に、MOSキャパシタとC-AFM観察から得られた電流リーク特性を比較し、局所的な電荷の捕獲、放出現象とデバイスでのリーク特性の相関を明らかにした。 Fowler-Nordheimトンネル電流が支配的となる高電圧下でのC-AFM観察において、同一箇所の繰り返し電流像観察から、リーク電流スポットの密度増加と面積増加が見られた。 これは、捕獲ホールによる膜中電界の変調に起因したリーク電流増加と、更なるホール捕獲の繰り返しによる局所的な正帰還現象に起因していると考えられる。 一方、リーク電流スポット以外の領域においては、電子捕獲に起因すると考えられるリーク電流の減少が観察された。 また、捕獲されたホールは電子に比べ、放出され易いことが明らかになった。