High-k/Metal-gate界面健全性に及ぼす点欠陥と格子ひずみの相互作用の原子レベルシミュレーション(プロセス・デバイス・回路シミュレーション及び一般) Atomic Scale Analysis of the Degradation Mechanism of the Integrity High-k/Metal-gate Interface Caused by the Interaction between Point-Defects and Residual Strain around the Interface

原子・分子レベルでアプローチ可能な方法論として計算化学的手法に着目し,High-k絶縁膜と金属電極界面の健全性に及ぼす点欠陥と格子ひずみの影響を量子分子動力学法を用いて検討した.その結果,界面近傍の健全性が絶縁膜組成と膜中の残留ひずみに依存して著しく変化することを明らかにした.特に,ALD法で堆積した絶縁膜中の酸素濃度と有機ガスソースから取り込まれる炭素濃度に依存して絶縁膜特性が著しく低下するとともに、格子ひずみ不整合により金属電極の酸化と炭化が加速されることを解析と光電子分光分析を用いて明らかにした.

Control of the interfacial crystallographic structure between a dielectric film and a gate electrode is one of the most critical issues for assuring the high performance and the reliability of a stacked MOS structure using high-k dielectric thin films. In this study, quantum chemical molecular dynamics method was applied to explicate the mechanism of degradation of interfacial integrity of the gate stack systems which is caused by point defects. We found that point defects such as oxygen and carbon interstitials deteriorate the electronic quality of a hafnium dioxide film and the W/HfO_2 interface structure.