2014 Fiscal Year Annual Research Report
超薄膜ＧｅおよびＳｉＧｅの極微小領域に導入された歪場のラマン分光法による多軸解析
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24360125
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
小椋 厚志 明治大学, 理工学部, 教授 (00386418)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣沢 一郎 公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 研究員 (00360834)
小瀬村 大亮 明治大学, 公私立大学の部局等, 研究員 (00608284)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気・電子材料 / 国際情報交換 / SiGe / 応力 / 歪 / 液浸ラマン分光法 / 表面増強ラマン分光法 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H25（2年目）までに、高NA液浸レンズとラマン分光法を組み合わせた液浸ラマン分光法と高精度X線回折測定（XRD）を行うことにより全Ge濃度領域（x = 0, 0.153, 0.297, 0.762, 0.852, 0.918）のフォノン変形ポテンシャル（PDPs）を評価した。さらに、低Ge濃度SiGe薄膜を異方的な微細構造を持つメサ構造に加工した試料について、得られたPDPsを用いて異方性2軸応力測定を行い、メサ構造幅減少に伴う1軸応力緩和を検出した。そして昨年度（3年目）は、液浸ラマン分光法による高Ge濃度SiGe微細構造の異方性2軸応力測定を行った。高Ge濃度SiGe薄膜を測定する上で、次のような困難があった。高Ge濃度SiGeは低Ge濃度に比べて吸収係数が高いため、特に微細構造の場合、励起光照射による温度上昇効果を十分考慮する必要があった。また、SiGeのラマンスペクトルに特有の低波数領域におけるブロードニング効果が顕著であり、慎重にピーク位置を決定する必要があった。上記項目の検討後、高Ge濃度SiGe微細構造の異方性2軸応力測定が可能となり、低Ge濃度SiGeメサ構造で見られた1軸応力緩和が観測された。得られた1軸応力緩和は、有限要素法（FEM）で良く再現することができた。さらに、昨年度の成果として、表面増強ラマン分光法（SERS）により(001)面の後方散乱配置では本来不活性なTOフォノンを効率的に励起できることを見出した。SERSスペクトルと有限時間差分領域（FDTD）法の解析結果を検討した結果、銀凹凸薄膜に光照射することにより、偏光解消が生じ、z偏光成分が増大することが明らかになった。このSERSを適用することにより、液浸ラマン分光法による異方性2軸応力解析の測定時間を短縮できると期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
交付申請書記載の「研究の目的」である“次世代デバイス材料として期待されるSiGeの極微小領域に導入された多軸歪のラマン分光法による簡便かつ精密測定方法に関する開発”を達成するために必須であるPDPsについて全Ge濃度のSiGeに渡り既に評価した。当初の目的通り、得られたPDPsを用いて異方的な微細構造を持つ低Ge、および高Ge濃度SiGe極薄膜の異方性2軸応力測定を行った。申請書記載のFEMに加えて、FDTDを新たに取り入れることにより、結果の深い理解に努めた。さらに、効率的な測定方法を確立するための要素技術としてSERSの検討を行った。今後、本評価手法で取得可能なSiGeの異方性2軸応力の情報とデバイス特性の関係を検討することを加味すると、申請時に記載内容の全てを網羅していると言え、順調な進捗状況と思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のこれまでの成果を踏まえ、本年度（H27）、および最終年度（H28）に達成すべき課題は、１．高Ge濃度SiGeの正確なPDPsの導出、２．得られたPDPsを用いて高Ge濃度SiGeの異方性2軸応力評価、３．効率的な異方性2軸応力評価手法の検討、そして、４．SiGeに導入された異方性2軸応力とトランジスタ特性の相関関係の検討、である。
まず、１．について、高Ge濃度SiGeにおける無歪時のラマンピーク位置が不明であることが、正確な評価の阻害要因になっている。そこで、現在利用している文献値が妥当であるかの検討を進める必要がある。並行して、ab-initio計算を行い、実験結果と比較検討を行う。現在、低Ge濃度SiGeのPDPsに関して、ab-initioの計算結果とラマンの実験結果について極めて良い一致を見ている。新たに得られた無歪SiGeの値を使い再度PDPsの評価、微細構造の異方性2軸応力測定を行う（２の課題）。次に、３．を達成するために、H26までに検討を進めたSERSを取り入れる。現在SERSについては、歪Si, および歪SiGeの均一試料においてTOフォノン強度の増大が観測された。今後の課題として、微細構造加工後の銀凹凸薄膜の条件検討を行い、得られたSERSスペクトルの解析後、異方性2軸応力評価に適用可能かどうか検討する。そして、最終的に、本研究で評価可能な異方性2軸応力がSiGeデバイスに与える影響を検討して、今後の次世代デバイス開発の指針を与える。
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| Causes of Carryover |
年度末予算残高だけでは不足する支出に付き、年度を持ち越すことで翌年度予算と合算して使用した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
すでに使用済み。
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