2013 Fiscal Year Research-status Report
スパッタエピタキシー法によりSi直上にGe平坦膜を形成するGe仮想基板形成技術
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25630123
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
須田 良幸 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10226582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塚本 貴広 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50640942)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ゲルマニウム / 仮想基板 / エピタキシー / サファクタント / ヘテロ接合 / 高速デバイス |
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| Research Abstract |
LSI は微細化によって高速化を図ってきた。近年、Si よりキャリアの移動度が高いGe のトランジスタの搭載が検討されており、下地としてGe 基板ではなくSi 基板上への平坦なGe層の形成(Ge仮想基板)が求められている。研究代表者は、これまでP原子を高濃度にドープした基板上で、直接平坦なGe膜が形成されることを明らかにしてきた。本研究では不純物種のGe平坦化形成機構への依存関係を調べるため、B原子をドープした基板へのGe成長機構を詳細に調べた。Bドープした3.5Ωcm Si(100)基板上では島状成長し、Ge/Si界面にGe-Siミキシングが生じた。一方で、Bドープした0.015Ωcm Si(100)基板上では、Ge/Si界面にGe-Siミキシングの形成がなく、平坦に層状成長した。界面には90度転位の発生が確認され、成長膜には僅かな歪が残存した。これらの成長様式は、P原子をドープした基板を用いた場合とほぼ同様であり、Geの平坦化成長は、ドーパントの原子半径や電荷の正負に依存せず、表面ポテンシャルの不均一性がスパッタ法における吸着種の低表面移動度と相俟って、Geの均一成長を促し、その結果、90度転位が界面に成長初期で発生し、歪をある程度残したままGeが平坦成長すると考えられることが分かった。また、高抵抗基板でも、Geの成長速度を速くすることにより、形成される島の密度を高めることで、成長膜厚の増大に伴い成長膜が平坦化することが判った。これは、Geが表面泳動した場合に、Geが凹部の活性化ポイントにより安定的に固定化される現象を通して、凹部が平坦化されるためと解釈されることが判った。以上、Ge成長様式と基板抵抗と成長速度と成長膜厚との相関関係を明らかにし、今後の成長原理と成長制御条件を確立するための重要な知見を得た。
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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
本年度の実施計画である、Si上へのGeの平坦化成長における、スパッタエピタキシー成長法と表面不純物原子の存在とGeの成長膜厚との相互の関連性を系統的に把握するために、基板抵抗、成長温度、成長膜厚などの、成膜条件と結晶成長特性との相関を系統的に調べて、本スパッタエピタキシー法を用いたSi上のGe平坦化成長における、不純物の存在と膜厚との関係に関する知見を得て、本Ge平坦化成長の原理機構の概要を把握した。Ge結晶成長特性として、基板抵抗、成長温度、成長膜厚を変化したときの、成長表面のモフォロジーを表面SEM、表面AFMで解析し、また、断面および平面TEM解析により、成長形態を明らかにした。さらに、ラマン分析により、内部応力と成長様式との相関を把握した。また、これらの結果から、成長原理の概要を検討した。また、デバイス応用面から、表面欠陥密度と電気的特性については、その評価を開始し、制御方法を検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度に引き続き、Si上へのGeの平坦化成長における、スパッタエピタキシー成長法と表面不純物原子の存在とGeの成長膜厚との相互の関連性を系統的に把握するために、基板抵抗、成長温度、成長膜厚などの、成膜条件と結晶成長特性との相関を系統的に調べて、本スパッタエピタキシー法を用いたSi上に直接形成するGe平坦成長の原理機構を明らかにする。この場合、基板表面抵抗は、抵抗の異なる基板を用いる場合と、高抵抗基板に抵抗の異なるSiやGe膜を堆積して実験を行うことで、表面ドーパントの効果を効果的に探る方法を採用する。さらに、デバイスへの応用を図るために、Ge成長膜の平坦度や表面欠陥密度、移動度などの電気的特性の制御方法を調査し、Ge-MOSデバイスへの適応する場合の有用性と本手法によりSi上にGe平坦膜を形成する方法のGe仮想基板としての有用性を総合的に評価する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
消耗品について、購入予定した金額より3700円分低減が発生した。
試料形成のための消耗品として、電子材料(スパッターターゲット、蒸着材料など)＋電子部品(維持・交換・試作用)＋真空部品(交換バルブ、配管、ガスケットなど)を購入する。成長様式を調べるための断面TEMやSIMSの分析費に用いる。さらに、国内学会発表経費1回分、外国国際会議発表経費1回分、英文校閲などの謝金、および、その他(論文別刷りまたは成果報告用印刷費＋論文投稿費)に用いる。
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Research Products
(5 results)
