Si系歪みヘテロ構造用擬似基板形成およびこれを用いた超高移動度FETに関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650007
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 中川 清和 山梨大学, 工学部, 教授 (40324181)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白木 靖寛 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00206286)
• Keywords: Si系歪みヘテロ構造 / 擬似基板 / 超高移動度FET / 化学機械研磨法 / イオン注入 / 歪み緩和

Research Abstract

Si基板/歪緩和SiGeバッファー層/歪Siチャネル層という構造を有する超高移動度素子作製用の歪緩和SiGeバッファー層の新形成法開発を目指し2年計画で研究を推進し、以下の成果を得た。
1.イオン注入によりSi基板中に形成された欠陥層がその上に成長するSiGe層の歪緩和を大幅に促進する。
2.歪緩和量は加速電圧に依存し、50keV程度で最大となる。この依存性は、低加速電圧では、欠陥層が基板表面近くに存在するために、基板清浄化の際に欠陥濃度が減少したためと考えている。また、90keV程度では、欠陥層が基板表面から深い位置に形成され、その上に成長したSiGeには有効な転位源として働いていないと理解される。
3.歪緩和量はドーズ量に依存し、ドーズ量1×10^<15>cm^<-2>、注入エネルギー50keVにおいて膜厚100nmで90%以上の緩和率を得ることができた。
4.断面構造の電子顕微鏡観察から、注入したアルゴンの飛程端(End of Range)に欠陥が多数観察されており、これが緩和促進に寄与しているものと考えている。
さらに、歪緩和に伴う表面荒れの抑制についてSiGe用の化学機械研磨法を開発し、以下の成果を得た。
1.コロイダルシリカを研磨剤として用い、研磨後の洗浄法を検討し、研磨圧力150g/平方センチ程度で200nm研磨し、その後NH_4OH+H_2O_2+H_2O(2:9:150)、温度20℃で洗浄することにより、平均表面荒れ0.5nmの極めて平坦な緩和SiGe層を実現した。
2.上記方法により作製した平坦SiGeバッファー層上に100nmのSiGeを再成長し、成長膜の表面が再成長により荒れないことを確認し、原子層オーダーで平坦な歪みヘテロ構造用の擬似基板(緩和SiGeバッファー層)形成の重要な要素技術を開発した。
3.平坦化の有無だけが異なるSiGe/歪Si/SiGe構造を作製し電子移動度を比較したところ、平坦化により移動度が4倍向上することを確認した。

Research Products

• [Publications] K.Nakagawa et al.: "Reverse temperature dependence of Sb sticking on Si(100) surfaces"Material Science and Engineering B. 89巻. 238-240 (2002)
• [Publications] K.Sawano et al.: "Surface smoothing of SiGe strained-relaxed buffer layer by chemical mechanical polishing"Material Science and Engineering B.. 89巻. 406-409 (2002)
• [Publications] T.Irisawa et al.: "Ultrahigh room-temperature hole Hall and effective mobility in Si0.3Ge0.7/Ge/ Si0.3Ge0.7 heterostructures"J.Appl.Phys.. 81. 847-849 (2002)