次世代集積回路におけるメタルゲート材料探索と仕事関数制御

摘要

高集積化がすすむ集積回路ではさらなる微細化とそれに対応する新材料が求められています。いくつかの課題の中でもっとも緊急性が求められているのが次世代ゲート酸化膜材料と金属ゲート材料です。 ゲート酸化膜に関しては近年の研究からHfO_2系酸化物が最も適していることがわかっていますが、ゲート材料に関してはまだ方向性がみえていません。 電界効果トランジスタ（MOSFET）動作のOn-Offを制御するしきい値電圧V_（th）はゲート材料の仕事関数で制御しますが、PMOS、nMOS用には異なる仕事関数の材料を用いる必要があります。 そのために金属材料による仕事関数制御の可能性が話題になっています。 材料の選択にはいくつかの指針があります。 まず、仕事関数制御のためには仕事関数の大きな材料と小さな材料の中から材料を選び、それを合金化し、幅広い値の制御をめざします。 しかし、これらの金属材料はゲート酸化膜との反応性の少ない物を選ぶ必要もあります。 また、連続した組成の制御を考えると中間層の少ない材料の組み合わせも考える必要があります。 これらの条件を満たす材料としてここではPtとWを取り上げ、それらを使って仕事関数の制御が可能かを調べました。