【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AT0439
利用課題名 / Title
n型メタルゲート材料TiAlの成膜
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
高誘電率ゲート絶縁膜,メタルゲート,実効仕事関数制御,TiAl,HfO2
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
間部 謙三
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-109：６インチ電子ビーム真空蒸着装置（アールデック）
AT-074：エックス線光電子分光分析装置(XPS)
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
高誘電率ゲート絶縁膜上メタルゲートの実効仕事関数制御の検討に向け、n型メタルゲート材料TiAlの成膜を電子ビーム蒸着で行った。XPSで分析した結果TiAl組成は電子ビーム蒸着時の積層シークエンスで制御可能であることが確認された。また、膜中組成の深さプロファイルよりTiAl表面が成膜後の大気暴露で酸化していることが確認された。今後、表面酸化を抑制しつつTiAlをHfO2などの高誘電率ゲート絶縁膜上に形成しn型の実効仕事関数が得られるか確認する予定である。
実験 / Experimental
4インチSi基板上に、Ti/Al積層構造を【NPF109】６インチ電子ビーム真空蒸着装置（アールデック）にて成膜した。その後、【NPF074】エックス線光電子分光分析装置(XPS) でTiAl組成およびTiAl膜厚を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
表１は、6インチ電子ビーム真空蒸着装置【NPF109】にて成膜したTiAl膜をXPS装置【NPF074】で測定して得られたTiAl組成・膜厚である。今回、蒸着時設定ターゲットAl/（Al+Ti）比を0.33～0.67としたが、蒸着膜の実測組成はほぼ狙い通りであった。また、成膜膜厚も若干厚めだが狙い通りといえる。ただし、設定膜厚6nm（条件1～3）の場合、膜中酸素量が多い傾向が認められた（[O]～60at%）。
この原因を調べるため、設定厚膜を12nmとして蒸着時設定Al/（Al+Ti）比=1のTiAlを成膜し、XPSにて膜中組成の深さプロファイルを取得した（図1）。その結果、酸素濃度は表面から4nmまでは深くなるにつれ減少し、それ以降飽和する傾向が確認された（飽和値30～40at%）。このことは、TiAl表面が成膜後の大気暴露で酸化していることを示唆する。今後、表面酸化を抑制しつつTiAlをHfO2などの高誘電率ゲート絶縁膜上に形成しn型の実効仕事関数が得られるか確認する予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
表１電子ビーム蒸着したTiAl組成・膜厚評価結果
図１設定厚膜12nm 、組成Al/（Al+Ti）=1のTiAl膜中組成の深さプロファイル
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件