2014 Fiscal Year Annual Research Report
Ge-On-Insulator CMOSのキャリア輸送特性解明と性能向上手法確立
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26249038
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高木 信一 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30372402)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | MOSFET / ゲルマニウム / 移動度 / 反転層 / サブバンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 高品質・極薄GOI層形成技術 (1-1) 酸化濃縮法 ・・・酸化濃縮時に酸素を導入しないアニール工程を挿入することにより、ホール濃度の低減と欠陥密度の改善を実現した。(1-2) III-V族半導体上のエピGe層の直接貼り合わせ法・・・GaAs基板上にAlAs/InGaPからなるバッファ層を形成後、Geをエピ成長してSi基板上に貼り合わせる方法を実証し、60nm-20nmの膜厚のGOI構造を実現した。(1-3) 貼り合わせ・スマートカットによるGOI層・・・スマートカットGOI基板をSi基板にあり合わせて、GOI層の表裏を反転させ、薄膜化GOI構造の品質を向上させる方法を提案し、GOI構造の形成を実証した。
(2) 極薄GOI MOSFETの作製技術・・・Ge MOSFETの特性向上と信頼性向上のための新しいゲートスタック構造として、ALD Y2O3膜を用いたGe MOS界面形成技術を進め、界面特性と界面欠陥量の評価を行った。また、極薄GOI層にnMOSFETを実現するために必須な高濃度n型層を実現するために、SbドープしたSOGからGeにSbを高濃度で拡散する方法を実証し、酸化濃縮GOI層にnMOSFETを実証した。
(3) 極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確・・・酸化濃縮法によりGOI層を形成した後、更に酸化を行うことでGOI層を薄膜化する方法を提案し、6 nm厚のGOI層を実現した。更に、9.7 nm厚のGOI pMOSFETの動作を実証した。
(4) 極薄GOI MOSFETの性能向上技術・・・(110) 面SOI基板上にSiGe層をエピタキシャル成長に、この基板に対して酸化濃縮法による(110)GOI構造を実現するために濃縮プロセスを確立した。
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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
(1) 高品質・極薄GOI層形成技術・・・酸化濃縮法、III-V族半導体上のエピGe層の直接貼り合わせ法、貼り合わせ・スマートカットによるGOI層形成のいずれに方法によっても、順調にGOI層の形成ができており、研究は順調に推移している。
(2) 極薄GOI MOSFETの作製技術・・・Ge MOSFETの特性向上を決める上での最も重要なゲートスタック構造に関し、新しい材料系として、ALD Y2O3膜を用いたGeゲートスタック構造の検討を進め、その基本特性が明らかになった。また、極薄GOIにおけるnMOSFETを実現するために最大の課題である高濃度n型ソース・ドレイン形成に関しても、イオン注入を用いず、SOGからSbをGeに高濃度で拡散する方法が適用できることが実証され、目途を立てることができており、研究は順調に推移している。
(3) 極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確・・・10 nm以下のGOI層を形成する方法として、薄膜GOI層を追酸化する方法を実証し、10 nm以下のGOI pMOSFETの動作が実証できており、研究は順調に推移している。
(4) 極薄GOI MOSFETの性能向上技術・・・(110)GOI構造形成にも、同様の酸化濃縮法が適用できることを確認し、面方位エンジニアリングに関しても研究を進めることができることが確認された。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 高品質・極薄GOI層形成技術・・・今後、酸化濃縮法、III-V族半導体上のエピGe層の直接貼り合わせ法、貼り合わせ・スマートカットによるGOI層形成の其々の方法でのGOI構造の品質や膜厚平坦性について定量的比較を行い、極薄化できる方法を選択していく。
(2) 極薄GOI MOSFETの作製技術・・・ゲートスタック構造に関して、ALD Y2O3膜とプラズマ後酸化法、ALD Al2O3やHfO2などを組み合わせることで最適な構造を目指していく。また、SOGからSbをGeに高濃度で拡散する方法については、極薄GOI MOSFET適用を進めていく。
(3) 極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確・・・今後、貼り合せなどにより実現したGOI層に対して、熱酸化、反応性イオンエッチング、プラズマ酸化などの手法を適用して、GOIの構造観察とMOSFETの性能との相関を見ながら、平坦性・膜厚均一性の高いGOI形成方法と移動度などの性能決定機構を明らかにしていく。
(4) 極薄GOI MOSFETの性能向上技術・・・(110)GOI pMOSFETの性能に関して、(100)GOI pMOSFETと比較しながら、その優位性を明らかにしていく。
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[Presentation] Gate stack technologies for high mobility channel MOSFETs2015
Author(s)
S. Takagi, R. Zhang, C.-Y. Chang, J.-H. Han, M. Yokoyama and M. Takenaka
Organizer
2015 MRS Spring Meeting & Exhibit, Sympoium AA, “Materials for Beyond the Roadmap Devices in Logic, Power and Memory”
Place of Presentation
Moscone West Convention Center, San Francisco, USA
Year and Date
2015-04-06 – 2015-04-10
Invited
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