ナノメータ制御されたヘテロ層を有するSi-Ge系超微細デバイスに関する研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452167
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (70182144)
• 研究分担者: 松浦 孝 東北大学, 工学部, 助手 (60181690) ; 小野 昭一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00005232)
• キーワード: シリコン / シリコン-ゲルマニウム / ヘテロ構造 / ヘテロデバイス / 超微細デバイス / CVD / MOSFET

研究概要

本研究では、高清浄減圧CVD法により、高濃度のデルタドープ層とSi_<1-X>Ge_X混晶のデルタヘテロ層を含む低温Siエピタキシャル成長法を確立し、それを用いて実効チャネル長0.1μm以下の新しい構造の超微細MOSFETを実現することを目的としている。本年度は、以下のような、実施計画に対応した成果、及び本研究から派生した成果が得られた。
1.高清浄減圧CVD法により高品質Si/Si_<1-X>Ge_X-Siヘテロ構造形成条件を明らかにした。具体的には、Si_<1-X>Ge_X層の島状成長を防ぐにはGe比率xが高い程堆積温度を下げる必要があり、x=0.2,0.5,0.7,のSi_<1-X>Ge_X層を有するヘテロ構造の場合、Si_<1-X>Ge_X層の堆積温度をそれぞれ550,500,450℃にすれば基板表面と同程度(平均表面粗度<0.4nm)となることがわかった。また、得られたSi/Si_<1-X>Ge_X/Siヘテロ構造は、断面TEMやラマン分光により、高品質エピタキシャル成長膜であることを確認し、また700℃以下の熱処理では、Si_<1-X>Ge_X層からのGeの拡散や表面・界面での荒れの発生は観察されなかった。
2.Si(10nm厚)/Si_<1-X>Ge_X(7nm厚)/Si構造を形成し、すべて700℃以下の工程でシリコンゲ-トSi_<1-X>Ge_XチャネルpMOSFETを製作した。電界効果移動度の最大値はGe比率x=0.5の試料で最も高く、300Kで240cm^2/V・sec、77Kで1500cm^2/V・secであり、従来報告されているSi_<1-X>Ge^XチャネルpMOSFETに比べて、それぞれ20,70%高い値が得られた。
以上により、Si_<1-X>Ge_X混晶のデルタヘテロ層を含む低温Siエピタキシャル成長法をほぼ確立し、Si_<1-X>Ge_XチャネルpMOSFET製作プロセスを構築することができた。

研究成果

• [文献書誌] Takahiro Maeda: "Low-temperature Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure growth by ultraclean low-pressure CVD" Proceedings of 11th Symposium on Alloy Semiconductor Physics and Electronics. 439-444 (1992)
• [文献書誌] Kinya Goto: "Fabrication of a SiGe-channel MOSFET containing high Ge fraction layer by low-pressure chemical vapor deposition" Extended Abstracts of the 1992 International Conference on Solid State Devices and Maferials. 449-451 (1992)
• [文献書誌] 後藤 欣哉: "SiGeチャネルMOSFETの製作" 電子情報通信学会技術報告. ED92-81. 19-21 (1992)
• [文献書誌] 室田 淳一: "CVDシリコンエピタキシー技術" 応用物理学会結晶工学分科会第19回講習会テキスト. 71-85 (1992)
• [文献書誌] Reiner Schutz: "Low-temperature Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure growth at high Ge fractions by low-pressure chemical vapor cleposition" Applied Physics Letters. 61. 2674-2676 (1992)
• [文献書誌] Reiner Schutz: "Si/SiGe/Si heterostructure growth without interface roughness at high Ge-mole fractions by low-temperature low-pressure chemical vapour deposition" Thin Solid Fims. 222. 38-41 (1992)
• [文献書誌] Kinya Goto: "Electrical characteristics of B doped Ge films epitaxially grown on Si using ultraclean chemical vapor deposition" Material Science Forum. 117-118. 153-158 (1992)
• [文献書誌] Kinya Goto: "Fabrication of a Si_<1-X>Ge_X-channel metal-oxide-semiconductor fieldeffect transistor(MOSFET) containing high Ge fraction layer by low-pressvre chemical vapor deposition" Japanese Journal of Applied Physics. 32. 438-441 (1993)
• [文献書誌] Takahiro Maeda: "Growth of Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure by low-temperature LPCVD" Proceedings of 12th International Conference on Chemical Vapor Deposition. (1993)
• [文献書誌] Fumitaka Honma: "In-situ B doping of Si_<1-X>Ge_X film epitaxially grown on Si using ultraclean LPCVD" Proceedings of 12th International Conference on Chemical Vapor Deposition. (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure growth by ultraclean low-temperature LPCVD for the fabrication of novel devices" EURO CVD. (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Low-temperature epitaxial growth of in-situ B doped Si_<1-X>Ge_X films" EURO CVD. (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Low-temperature epitaxial growth of Si/SiGe/Si heterostructure by CVD (Invited)" Extended Abstrats of the 1993 International Conference on Solid state Devices and Materials. (1993)