2020 Fiscal Year Annual Research Report
表面再構成制御成長法を用いたSi基板上へのInSb系CMOSの作製
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18H01496
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
森 雅之 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (90303213)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 表面再構成制御成長法 / MOSFET / InSb / GaSb / ALD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
表面再構成制御成長法を用いると、Si(111)基板上のInSbは30°回転するが双晶となり、GaSbは回転しないが単結晶となる。これらの特徴を用いて、Si基板上にInSb及びGaSbの単分子を様々な割合で準備し、その上にInGaSbを成長させ、その面内配向の様子を調査した。その結果、InGaSb薄膜が30°回転するのはInSb単分子層100％の時のみで、Si基板上のGa原子の存在が、回転しないInGaSbの成長に大きく影響を及ぼすことが分かった。また、InSb単分子層の割合が多い場合は双晶となるものの、少なくとも50%以下では単結晶のInGaSbが成長することが分かった。
n-MOSFETの特性向上を目指すため、InSbチャネル層とゲート絶縁膜であるAl2O3との間にGaSb層を～4nm程度堆積させた新たなデバイスを作製した。InSb/Si(111)上のGaSb層の堆積膜厚及び堆積温度を変化させ、最適な成膜条件を探った。評価方法として、RHEEDパターンのストリーク間隔の変化により、ひずみの緩和量を予測した。結果として、作製したデバイスはゲートリークが起き、FET特性を得ることができなかった。これは恐らく、絶縁膜に用いたAl2O3の膜厚が想定以上に薄いか、Al2O3とGaSbとの反応による絶縁破壊が考えられるので、今後調査する必要がある。
導入したALD装置により、Si(111)基板上の堆積したAl2O3膜の電気的特性（C-V特性、I-V特性）を評価した。様々な堆積温度でAl2O3膜を作製したが、良い絶縁特性が得られた。しかし、この際、GaSb単結晶基板上での実験を行わなかったため、今後GaSb基板上にAl2O3膜を堆積し、特性を調査して、ゲートリークが起こった原因を調べる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
InSb/Si(111)基板上に薄いGaSb層を堆積させて、界面準位密度の低減を図る実験を行ったが、作製試料の蒸着面積が6㎜×7mm程度と非常に小さく分割できないため、プロセスの条件を変えてその効果を調べようと思うと、その条件の数だけ試料を用意しなければならない。しかし、試料の特性のばらつきがあるため、どちらの影響で結果が異なるかを判断するのが難しい。また、今回のようにゲートリークなど、作製がうまくいかなかった場合、もう一度試料作りからやり直さなければならず、研究を進めることが困難であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究機関の早い段階で、サイズの大きな試料を作製できるよう、マニピュレータ先端の試料加熱機構の改造を行い、15㎜～25㎜角程度の試料を作製できるようにしたい。ただし、マニピュレータ部分に、1000℃程度までヒーター加熱可能な改造を施すと高額となるため、基板表面の清浄化には、装置内に設置された別の加熱機構を用いて、実際に薄膜堆積時の基板温度である600℃程度まで加熱可能なものとする。これにより、1枚の基板から多くのサンプルが切り出せるようになり、試料の特性のばらつきを考えずに、多くのプロセス条件を試すことができると考えられる。
p-MOSFET実現のため、高品質なGaSb薄膜の成長条件の最適化も進めており、ALD装置によるGaSb基板上のAl2O3薄膜の成長条件の最適化と合わせて、早急にp-MOSFETの試作を行う予定である。
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Research Products
(3 results)
