課題番号（Application Number）：S-16-NR-0036
利用形態（Type of Service）：共同研究
利用課題名（日本語） ：フラッシュランプアニール処理したナノ薄膜の評価（仕事関数評価）
Program Title (English) ：Evaluation of nanometers-thick films formed by flash lamp annealing （FLA）
（TiN, HfO2の評価）
利用者名（日本語） ：加藤慎一、河原崎光、上田晃頌、青山敬幸
Username (English) ：S. Kato, H. Kawarazaki, A. Ueda, T. Aoyama
所属名（日本語） ：株式会社SCREENセミコンダクターソリューションズ
Affiliation (English) ：SCREEN Semiconductor Solutions Co., Ltd.

１．概要（Summary）
High-k/Metalゲートスタック形成工程に用いられる熱処理を想定して、（１）FLAによるHfO2膜製膜後の熱処理（Post Deposition Anneal, PDA）後のHfO2の結晶性のXRDによる評価と（２）FLAによるTiN Metalゲート形成後の熱処理（Post Metallization Anneal, PMA）後の仕事関数を大気圧光電子分光法により評価した。その結果、（１）どのFLA条件でもHfO2の結晶化は観測されなかった。これは、膜厚が薄くてXRDの感度が足りなかったと推測している。（２）TiNの仕事関数は、熱処理条件に係わらず4.7-4.8eV一定で安定していることが分かった。今後、これらの結果を基に、High-k/Metalゲートスタック形成工程に用いられるFLAによる熱処理を開発していく。

２．実験（Experimental）
(1) HfO2のPDA後の結晶性はXRDにより評価した。試料構造は、HfO2(3nm)/SiO2(1nm)/Si-subである。FLA条件は700oC 5000Pa 1.4ms 20msである。比較のために、700,900oCのRTA処理 1-4sの試料も用意した。
(2)TiN MetalゲートのPMA後の仕事関数は大気圧光電子分光法により評価した。試料構造は、Ti(20nm)/thermal_SiO2 (5nm)/Si-subである。FLA条件は1.4ms 850-1050oC 5000Pa N2あるいはNH3中 である。
３．結果と考察（Results and Discussion）
(1) HfO2のPDA後の結晶性
どのFLA条件でもHfO2の結晶化は観測されなかった。その後追加評価した同一試料で結晶化が観測されたことから、今回の測定では膜厚が薄くてXRDの感度が足りなかったと推測している。
(2)TiN MetalゲートのPMA後の仕事関数
図１に大気圧光電子分光による評価結果を示す。
どの熱処理条件においても、仕事関数が4.7-4.8eVであり、測定の誤差を考えると一致している。つまり、熱処理に依存せず安定であるということができる。この安定な現象は、UPSによる評価でも再確認された。

図１　FLA後のTiNの仕事関数評価

４．その他・特記事項（Others）
本研究の一部は文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業（分子・物質合成）の支援により奈良先端科学技術大学院大学で実施された。特に、石河泰明氏、戸所義博氏、淺野間文夫氏、片尾昇平氏の大きな助力に感謝致します。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
なし。

６．関連特許（Patent）
なし。