【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0017
利用課題名 / Title
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
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
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）計測・分析/Advanced Characterization
【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
高誘電率ゲート絶縁膜、メタルゲート電極、実効仕事関数,エレクトロデバイス/ Electronic device,電子分光/ Electron spectroscopy,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation
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 (AIST)
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
大塚 照久
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6インチ電子ビーム真空蒸着装置【AT-109】で行った。XPS装置【AT-074】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，上記TiAlをプラズマ酸化（他機関にて実施）したところ約30秒の処理で酸素量が飽和していることが確認された。今後，プラズマ処理による実効仕事関数への影響など確認する。
実験 / Experimental
4インチSi基板上にTiAl(6 or 12nm)を6インチ電子ビーム真空蒸着装置【AT-109】にて成膜した。続いて、上記TiAlをプラズマ酸化（他機関にて実施）した。その後、XPS装置【AT-074】でTiAl組成を評価した。
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【AT-109】にて成膜したTiAl膜をXPS装置【AT-074】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%）。 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装置【AT-074】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%）。そこで，各種プラズマ装置で酸化を実施するにあたっては，酸化前にTiAlを表面から4nmまで除去して表2の条件にてプラズマ酸化（他機関にて実施）を実施した。図2は，蒸着時設定Al/（Al+Ti）比=1のTiAlをプラズマ酸化を実施した場合の表面組成のプラズマ照射時間依存性である（組成はXPS装置【AT-074】にて測定）。図2よりプラズマ酸化なしでは約30%だった酸素組成が，プラズマ照射時間30秒以上で60～70%に増加し，その後一定であることが確認された。今後，プラズマ処理による実効仕事関数への影響など確認する。
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 TiAl膜中組成の深さプロファイル
図2 TiAl組成のプラズマ照射時間依存性
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