2013 Fiscal Year Research-status Report
極薄シリコン層上への低欠陥ゲルマニウムのエピタキシャル成長
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25630121
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石川 靖彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60303541)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | エピタキシャル / 結晶成長 / 電子・電気材料 / 格子欠陥 / 半導体物性 |
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| Research Abstract |
本研究では、SOI(Si-on-insulator)ウエハ上へ無転位のGe層(~1 um)をエピタキシャル成長することを目標とする。SOIウエハ上へのGe成長は、Ge光デバイスをSiチップへ集積する上で重要な技術である。しかし、GeはSi に比べて格子定数が4%大きく、無転位のGe成長は実現できていない。本研究では、新しいアプローチとして、数 nm~数10nmに極薄化したSOIウエハの上部Si層(以下、SOI層)をパターン化し、Ge成長を行う。Geの膜厚が臨界膜厚(数nm)を超えると、Ge中の圧縮格子ひずみの緩和に伴い、通常はGe中に貫通転位が導入される。ここでは、SOI層を極薄化・パターン化することで機械的強度を低下させ、Geの格子緩和時にSOI層中への転位導入を試みる 。Ge中での転位発生の抑制による高品質化を期待している。
平成25年度は、まず、成長用の基板となるSOIウエハの薄層化を行った。6インチSOIウエハ(SOI層95nm、埋め込みSiO2層400nm)を2インチにサイズダウンし、その後熱酸化を行った。熱酸化膜の厚さは183nmであり、SOI層を約15nmまで薄層化できた。また、Si上Ge成長の低温化を試みた。薄いSOI層上での成長においては、SOI層の平坦性の維持およびGe層への転位導入を防ぐために成長の低温化が効果的と考えられる。従来は、成長温度600℃で平坦なGeを得ていたが、530℃においでも平坦なGe層が形成できることが明らかとなった。今後、SOI層のパターン形成およびGe成長の初期検討を実施する予定であるが、SOI層のパターン化に必要となるウエットエッチングに関して、TMAH溶液によるSiエッチングが利用できることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
パターン形成の予備実験には至らなかったが、Ge成長の低温化が可能になるなどの成果が得られ、おおむね順調に進展していると判断している
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通り、SOI層のパターン化とGe成長の初期検討を実施する。まず現有のフォトリソグラフィーにより、極薄化したSOI層をパターン化する。主にSOI層のパターン幅をパラメータとして変化させる予定である。SOI層のエッチングにはウエットエッチングを用い、側壁に(111)ファセット面をもつようなパターンを形成する。その後、パターン化したSOI層上へUHV-CVD法によりGeの選択成長を行う。Ge成長のソ ースガスには、Ar希釈GeH4を用いる。平坦なGeが得られるように、低温Ge緩衝層を用いる二段階成長を行う。すなわち、成長初期に低温(370°C)で30nm程度のGe緩衝層を形成し、その後530℃あるいは600°Cで正味0.5um程度のGeを成長する。
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