2021 Fiscal Year Research-status Report
Investigation on the interface states at strained Si/SiO2 interfaces formed on Si(110) substrates
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21K04900
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
有元 圭介 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (30345699)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山中 淳二 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20293441)
澤野 憲太郎 東京都市大学, 理工学部, 教授 (90409376)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 歪みシリコン / 界面準位 / 高移動度トランジスタ / 集積回路 / シリコン・ゲルマニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体集積回路技術はあらゆる産業を飛躍的に発展させ、情報技術の高度化をもたらし、我々の生活の質を劇的に向上させている。代表的な半導体材料であるシリコンは、地殻中に豊富に存在するため基本的には枯渇の懸念がなく、優れた化学的安定性や安全性・低い環境負荷といった特長をもち、今後も一般的な半導体集積回路の主原料として重要である。半導体集積回路の性能は第一に使われる半導体材料の種類に依存するが、物理的な工夫で材料の限界を拡張し、更なる高性能化・低消費電力化を実現するための手法として歪みエンジニアリングが注目されてきた。我々はシリコン薄膜を(110)面に平行に伸長させることで正孔移動度が大幅に向上することを理論・実験によって示してきた。実験結果は理論予測の妥当性を裏付けており、480 cm2/Vs（室温）の実効正孔移動度を報告した。この結果は、シリコン系半導体の性能的限界が従来考えられてきたものより遥かに高いレベルにあることを示している。実験試料はシリコン(110)基板上にシリコン・ゲルマニウム層および歪みシリコン層を分子線エピタキシー法で堆積したものであり、表面平坦性が低い。この点を改善し表面ラフネス散乱や酸化膜／半導体界面準位密度を低減できれば、正孔移動度を更に向上させることが可能である。R3年度は、シリコン・ゲルマニウム層の膜厚や組成プロファイルと表面形状や電気的特性の関係に焦点を当て、膜形成プロセスの最適化を図った。シリコン・ゲルマニウム層は上部に歪みシリコン層を形成するためのバッファ層で、ゲルマニウム組成を段階的に引き上げることで格子定数を拡張していく。これまでの実験で、シリコン・ゲルマニウムの成長過程において電気伝導度が不連続的に増大することが分かって来た。電気伝導度の変化は成長双晶の発生と連動していると見られ、現在検証を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
結晶成長装置（分子線エピタキシー装置）の基板加熱ヒーター及びゲルマニウムを供給するためのクヌーセン・セルの故障が起きたため、結晶成長の実施が遅れている。現在は修理を完了し、実験を進めている。シリコン・ゲルマニウム層の膜厚や組成プロファイルと表面形状や電気的特性の関係を検証するため、引き続き結晶成長実験を進める予定である。また、界面準位密度測定を行うためLCR測定の実験設備を整備した。測定精度を向上させるため、現有のマニュアルプローバの試料ステージを高周波対応に改造し、ケルビンプローブを導入した。また、測定プログラムの変更を行った。現在、熱酸化シリコンMOSを用いて測定精度の検証を行っているところである。歪みシリコンの試料に関してはTEOS酸化膜を堆積してMOS構造を作製するが、TEOS酸化膜の絶縁性に問題があり、作製プロセス条件を変更して試料作製を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
試料作製については、シリコン・ゲルマニウム層中のゲルマニウム組成プロファイルや膜厚が表面形態や電気的特性に大きく影響を与えることが分かって来た。データが不足しているため引き続き試料作製を進め、因果関係を検証する。電気伝導特性については、ＬＣＲメータを用いた界面準位密度の見積もりを引き続き進める。研究対象がヘテロ構造であるため、異なる実験・解析手法を組み合わせて結果の解釈を行う必要がある。ＬＣＲ測定だけではなく、ＭＯＳＦＥＴを作製しサブスレッショールド特性も測定し、界面準位密度の検討を行う。
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| Causes of Carryover |
結晶成長装置の故障や半導体の供給不足により、シリコン基板の購入が遅れている。次年度使用額はシリコン基板の購入費として使用する予定である。
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