誘電体 薄膜 書籍

No.1705


 

ナノエレクトロニクスにおける絶縁超薄膜技術

〜成膜技術と膜・界面の物性科学〜

素子性能を左右する「誘電体」開発の最前線!

● 半導体素子の微細化に伴う諸問題を解決する「絶縁膜」にクローズアップ。

● 技術・科学的課題、高誘電材料・低誘電材料の研究開発などを丁寧に詳解。


発刊 2012年7月20日
体裁 B5判 356頁
定価 38,000円(税抜)
発行 (株)エヌ・ティー・エス
販売 (株)技術情報協会

監修者・執筆者一覧(敬称略)

■執筆者 計41名
岩井 洋 東京工業大学フロンティア研究機構 教授
長谷川 英機 北海道大学 名誉教授/独立行政法人理化学研究所 客員主管研究員
知京 豊裕 独立行政法人物質・材料研究機構MANA ナノエレクトロニクス材料ユニットユニット長
生田目 俊秀 独立行政法人物質・材料研究機構MANA − MANA ファウンドリ統括マネージャー
関口 隆史 独立行政法人物質・材料研究機構ナノエレクトロニクス材料ユニット半導体特性評価グループ グループリーダー
Chen Jun 独立行政法人物質・材料研究機構ナノエレクトロニクス材料ユニット半導体特性評価グループ 研究員
若山 裕 独立行政法人物質・材料研究機構ナノエレクトロニクス材料ユニット半導体デバイス材料グループ 研究員
太田 裕之 独立行政法人産業技術総合研究所ナノエレクトロニクス研究部門シリコンナノデバイスグループ 主任研究員
右田 真司 独立行政法人産業技術総合研究所ナノエレクトロニクス研究部門シリコンナノデバイスグループ 主任研究員
森田 行則 独立行政法人産業技術総合研究所ナノエレクトロニクス研究部門シリコンナノデバイスグループ 主任研究員
廣瀬 和之 独立行政法人宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所 准教授
小林 大輔 独立行政法人宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所 助教
富江 敏尚 独立行政法人産業技術総合研究所計測フロンティア研究部門 研究顧問
村田 英一 名城大学理工学部電気電子工学科 准教授
野田 啓介 名城大学理工学部電気電子工学科
石原 嘉隆 名城大学理工学部電気電子工学科
下山 宏 名城大学理工学部電気電子工学科 教授
須原 浩之 株式会社リコー画像エンジン開発本部 シニアスペシャリスト
田中 宏昌 株式会社リコー画像エンジン開発本部 アソシエイト
大野 雄高 名古屋大学大学院工学研究科 准教授
尾辻 泰一

東北大学通信研究所ブロードバンド工学研究部門 教授/独立行政法人科学技術振興機構戦略的創造研究事業CREST

中島 寛 九州大学産学連携センター 教授
工藤 一秋 東京大学生産技術研究所 教授
矢野 映 株式会社富士通研究所基盤技術研究所 所長
中田 義弘 株式会社富士通研究所基盤技術研究所集積技術研究部 主任研究員
中村 友二 株式会社富士通研究所基盤技術研究所 シニアディレクター
石坂 孝之 独立行政法人産業技術総合研究所コンパクト化学システム研究センター研究員
笠井 均 東北大学多元物質科学研究所 准教授
及川 英俊 東北大学多元物質科学研究所 教授
福丸 貴弘 九州大学大学院工学研究院応用化学部門
藤ヶ谷 剛彦 九州大学大学院工学研究院応用化学部門 准教授
中嶋 直敏 九州大学大学院工学研究院応用化学部門/WPI, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所 教授
中村 茂雄 味の素株式会社バイオ・ファイン事業本部バイオ・ファイン研究所素材・用途開発研究所素材開発研究室 機能材料グループ長
斎藤 秀俊 長岡技術科学大学物質・材料系 副学長/教授
寒川 誠二 東北大学流体科学研究所流体融合研究センター 教授
田岡 紀之 名古屋大学大学院工学研究科 特任准教授
財満 鎭明 名古屋大学大学院工学研究科 教授
斧  高一 京都大学大学院工学研究科 教授
石川 健治 名古屋大学大学院工学研究科プラズマナノ工学研究センター 特任教授
堀 勝 名古屋大学大学院工学研究科 教授
鳥海 明 東京大学大学院工学系研究科 教授

 

■ 目 次

第1編 エレクトロニクスにおけるスケーリングの追求と絶縁膜の技術・科学的課題

第1章 絶縁膜の超薄膜化ニーズ (岩井 洋)

  1. はじめに
  2. 集積回路におけるトランジスタの微細化の必要性
  3. トランジスタ微細化の問題点とその解決策
  4. スケーリング則
  5. MOSFET ゲート絶縁膜の超薄膜化ニーズ
  6. その他の絶縁膜の超薄膜化ニーズ
  7. まとめ

第2章 絶縁体超薄膜における量子界面物性の基礎的諸問題 (長谷川 英機)

  1. high −κ絶縁体薄膜を持つMOS 構造とその界面電子物性
  2. 金属−半導体および金属−絶縁体界面におけるフェルミ準位ピンニング
  3. 絶縁体超薄膜と半導体の界面におけるバンドの相互配置
  4. 絶縁体超薄膜と半導体の界面における界面欠陥準位とその制御
  5. おわりに


第2編 絶縁超薄膜技術〜分子設計・加工・評価〜

第1章 ゲートスタック絶縁膜設計研究

第1節 次世代ゲート絶縁膜の材料設計とその応用 (知京 豊裕/生田目 俊秀/関口 隆史/ Chen Jun /若山 裕)

  1. 次世代集積回路のゲート絶縁膜の抱える課題
  2. high −κ材料の設計指針:電子構造と結晶構造から見た材料選択
  3. high −κ/SiO2 界面の制御
  4. 欠陥の視覚化
  5. high −κのSi への直接接合
  6. 酸化物の電子構造とバンドオフセット
  7. high −κ材料と新材料との融合:分子メモリへの挑戦
  8. ゲート絶縁膜を巡る最近の話題と今後の課題

第2節 原子層制御界面とエピタキシャル成長HfO2 ゲート絶縁膜による高性能ゲートスタックの創製技術 (太田 裕之/右田 真司/森田 行則)

  1. はじめに
  2. HfO2 直接成長のためのSi 表面処理技術
  3. エピタキシャル成長によるSi 表面へのHfO2 絶縁膜の直接成長
  4. おわりに

第3節 X 線光電子分光と第一原理分子軌道計算によるMOS 界面局所構造の物性研究〜誘電率と絶縁破壊電界〜 (廣瀬 和之/小林 大輔)

  1. MOSFET の局所構造の物性
  2. X 線光電子分光による誘電率の推定法
  3. 第一原理分子軌道計算による光学的誘電率の推定
  4. 第一原理分子軌道計算による絶縁破壊電界の推定
  5. まとめ

第2章 評価と評価技術

第1節 EUPS による絶縁膜表面・界面の精密評価 (富江 敏尚)

  1. はじめに
  2. EUPS を用いた、絶縁超薄膜の膜質・界面の精密評価法測定例
  3. EUPS で絶縁超薄膜の膜質・界面の精密評価法を可能にする原理
  4. おわりに

第2節 誘電体表面付近の電荷密度分布シミュレーション (村田 英一/野田 啓介/石原 嘉隆/下山 宏/須原 浩之/田中 宏昌)

  1. はじめに
  2. 電子光学装置とV th 分布
  3. 複合誘電体系における境界電荷法
  4. 誘電体表面電荷密度分布シミュレーション
  5. 計算結果と検証
  6. まとめ


第3編 ポストシリコン・トランジスタとゲート絶縁膜

第1章 カーボンナノチューブ電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜(大野 雄高)

  1. はじめに
  2. CNFET
  3. high −κ絶縁膜界面と素子特性
  4. おわりに

第2章 グラフェンチャネルFET のゲートスタック技術 (尾辻 泰一)

  1. はじめに  
  2. グラフェンチャネルFET の基本動作特性と高性能化への課題
  3. ゲートスタック技術
  4. まとめ

第3章 Ge − MOS 対応ジルコニアhigh −κゲートスタックの形成 (中島 寛)

  1. はじめに
  2. 実験方法
  3. 結果と考察
  4. おわりに


第4編 層間絶縁膜

第1章  low −κ薄膜絶縁材料開発 (工藤 一秋)

  1. はじめに
  2. 層間絶縁膜材料
  3. ILD 用low −κ材料開発の推移
  4. おわりに

第2章 無機高分子系多孔質low −κ層間絶縁膜材料NCS の開発 (矢野 映/中田 義弘/中村 友二)

  1. はじめに
  2. 代表的な絶縁材料
  3. 無機高分子系多孔質low −κ層間絶縁膜材料の課題
  4. 無機高分子系多孔質low −κ層間絶縁膜材料NCS の開発コンセプトと特性
  5. Cu/NCS多層配線形成時の課題と対策
  6. Cu/NCS多層配線の性能
  7. おわりに

第3章  ポリイミドナノ粒子による次世代low −κ膜生成 (石坂 孝之/笠井 均/及川 英俊)

  1. はじめに
  2. 低誘電率膜作製に対する研究例
  3. 再沈法によるポリイミドナノ構造体の作製  
  4. low−κナノ粒子膜の作製
  5. おわりに

第4章 ポリイミド代替指向〜 多孔性low −κポリベンゾオキサゾール絶縁膜材料の開発〜 (福丸 貴弘/藤ヶ谷剛彦/中嶋 直敏)

  1. はじめに
  2. PPBO 前駆体(t−Boc−prePBO)の合成
  3. t−Boc−prePBOフィルムおよびPPBO フィルムの作製および評価
  4. 光酸発生剤を用いたt−Boc−prePBOフィルムのパターニング
  5. おわりに

第5章 エポキシ系層間絶縁フィルムの開発 (中村 茂雄)

  1. 概要
  2. エポキシ系層間絶縁フィルムの開発
  3. エポキシ系層間絶縁フィルム(ABF;Ajinomoto Build − up Film)
  4. ABF 新開発品
  5. ガラスクロスとの複合材料
  6. 極薄銅転写フィルムつきABF
  7. おわりに


第5編  絶縁膜形成とエッチング

第1章 ナノエレクトロニクスを支える先端成膜技術 (斎藤 秀俊)

  1. 昔の薄膜形成に見る薄膜形成の基本的な考え方
  2. 現代の薄膜
  3. 薄膜形成技術の分類
  4. PVD法
  5. CVD法
  6. レイヤーエピタキシー法
  7. おわりに

第2章 材料の構造設計可能な低温・低損傷・中性粒子ビーム励起堆積技術 (寒川 誠二)

  1. はじめに
  2. 中性粒子ビーム生成装置
  3. 中性粒子ビーム励起絶縁膜堆積技術コンセプト
  4. 超低誘電率膜の実現
  5. 中性粒子ビームによるSi およびGe低温高品質酸化技術
  6. まとめ

第3章 ゲート絶縁膜形成技術〜 高性能high−κ絶縁膜ゲートスタック構造構築と成膜条件(high −κ/Ge 系を事例として) (田岡 紀之/財満 鎭明)

  1. はじめに
  2. Ge酸化物の特性
  3. Ge MOS界面の界面層による特性制御
  4. まとめと今後の課題

第4章 high−κ膜のドライエッチング (斧 高一)

  1. はじめに
  2. high−κ絶縁膜材料のエッチング
  3. BCl3プラズマによるHfO2エッチング
  4. メタル電極材料のエッチング
  5. おわりに

第5章 層間絶縁膜の成膜とエッチング (石川 健治/堀 勝)

  1. はじめに
  2. ナノエレクトロクスにおける配線形成プロセス
  3. 層間絶縁膜の成膜
  4. 層間絶縁膜のエッチング
  5. デバイス特性への影響
  6. まとめ


第6編  ナノエレクトロニクスと絶縁膜技術展望 (鳥海 明)

  1. 絶縁膜の性質と意味
  2. 界面特性を変調させる絶縁膜
  3. 絶縁膜の電気的信頼性と新機能性  
  4. 新材料と絶縁膜の界面
  5. おわりに

 

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