利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2024.05.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT5003

利用課題名 / Title

high-k薄膜評価

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

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

陽電子消滅法、ZrO2

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)

上殿明良

所属名 / Affiliation

筑波大学

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）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-501：陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ZrO₂(10 nm)/TiN(5 nm)/Siを陽電子消滅寿命測定法で評価した。陽電子をZrO₂膜中に打ち込み、得られた寿命スペクトルを解析した。焼鈍前後で、陽電子の寿命は0.30 nsから0.40-0.43 nsに変化した。理論計算との比較から焼鈍前の欠陥のサイズはZr空孔と酸素空孔の複合体、焼鈍後はより大きな空孔クラスターに変化したと判断できる。陽電子消滅実験と電気的特性評価の結果から、空孔サイズの変化とリーク電流は強い関係があることが分かった。

実験 / Experimental

PVD法により、厚さ5 nmのTiNをSi基板上に製膜、その後、厚さ10 nmのZrO₂膜を製膜、試料構造をZrO₂(10 nm)/TiN(5 nm)/Siとした。作製した試料を窒素雰囲気中550℃で焼鈍した（5分）。AT-501 (PPMA)を用いて、陽電子の加速エネルギーを0.6 keVに固定し、陽電子寿命スペクトルを取得した。このエネルギー領域では多くの陽電子がZrO₂膜中で消滅すると考えられる。得られた寿命スペクトを解析し、陽電子寿命を得た。

結果と考察 / Results and Discussion

焼鈍前後で、陽電子の寿命は0.30 nsから0.43 nsに変化した。なお、焼鈍時にZrO₂膜上部に厚さ10 nmのTiN膜を製膜した後に焼鈍した場合の陽電子寿命は0.40 nsであった。理論計算との比較から焼鈍前の欠陥のサイズはZr空孔と酸素空孔の複合体、焼鈍後はより大きな空孔クラスターに変化したと判断できる。TiN膜を形成後に焼鈍した場合に陽電子寿命が短いのは、TiN膜が焼鈍中の雰囲気からZrO₂膜中への酸素拡散を抑制するからであると考えられる。陽電子消滅実験と電気的特性評価の結果から、空孔サイズの変化とリーク電流は強い関係があることが分かった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

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)

Akira Uedono, Vacancy-type defects in TiN/ZrO2/TiN capacitors probed by monoenergetic positron beams, Thin Solid Films, 762, 139557(2022).
DOI: 10.1016/j.tsf.2022.139557
Akira Uedono, Impact of nanosecond laser annealing on vacancies in electroplated Cu films studied by monoenergetic positron beams, Journal of Applied Physics, 134, (2023).
DOI: 10.1063/5.0166145

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

A. Uedono, N. Takahashi, R. Hasunuma, Y. Harashima, Y. Shigeta, Z. Ni, H. Matsui, A. Notake, A. Kubo, T. Moriya, K. Michishio, N. Oshima, S. Ishibashi, “Impact of cation vacancies on leakage current on TiN/ZrO2/TiN capacitors studied by positron annihilation”, Int. Sym. Semicond. Manufact., Tokyo, 12 Dec. 2022.

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