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

1993 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, 電気通信研究所, 助教授 (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

本研究の目的は、短チャネル効果の低減とチャネル部の移動度の向上を同時に満足させるために、深さ方向の不純物濃度をnmオーダで制御でき、かつ、移動度向上のための量子井戸となるSi_<1-X>Ge_X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、超微細MOSFETを実現することである。本年度は、最終年度として、チャネル部の移動度の向上のためのSi_<1-X>Ge_XチャネルMOSFET用の最適Si/Si_<1-X>Ge_X/Siヘテロ構造製作条件並びに短チャネル効果の低減のための不純物制御と極浅接合形成法を明らかにした。
(1)Si_<1-X>Ge_XチャネルMOSFETの製作:前年度に引続き、高品質Si/Si_<1-X>Ge_X/Siヘテロ構造表面にシリコンゲートpMOSFETを製作した。MOS特性のSi_<1-X>Ge_X膜厚依存性から、x=0.5以上の高Ge比率の場合、原子レベルでの表面荒れとミスフィット転位の発生とのバランスで、最適Si_<1-X>Ge_X膜厚が存在し、現状ではx=0.5で7nm厚、x=0.7で4nm厚が最適であることを見いだした。
(2)不純物制御:Si_<1-X>Ge_X膜形成時にB_2H_6を添加し、Si_<1-X>Ge_X膜中B濃度を3x10^<17>〜2x10^<20>cm^<-3>の範囲で制御可能にした。またBドープSi_<1-X>Ge_X膜のホール移動度はGe比率0.25で最小値をもち、膜の歪、無歪でほとんど差が見られないことを明らかにした。
(3)極浅pn接合の形成:BドープSi_<1-X>Ge_Xの選択エピタキシャル成長を550℃という低温で実現し、熱処理なしでも、逆方向電流密度が10^<-10>A/cm^2オーダと極めて低い自己整合型極浅接合形成法を確立した。これにより、微細MOS素子製作で問題となるゲートとソース・ドレイン間の位置のオフセットを制御し、かつ短チャネル効果の低減が図れることになる。

研究成果

• [文献書誌] Takashi Maeda: "Growth of Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure by ultraclean low-temperature LPCVD" Proceedings of the 12th International Symposium on Chemical Vapor Deposition. 93-2. 127-133 (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 the 12th International Symposium on Chemical Vapor Deposition. 93-2. 171-177 (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 heterodevices" Journal de Physique IV. 3. C3-403-C3-410 (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Low-temperature epitaxial growth of in-situ B doped Si_<1-X>Ge_X films" Journal de Physique IV. 3. C3-427-C3-432 (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Low-temperature epitaxial growth of Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure by CVD(Invited)" Extended Abstracts of the 1993 International Conference on Solid State Devices and Materials. 240-242 (1993)
• [文献書誌] Fumitaka Honma: "Ultrashallow junction formation using low-temperature selective Si_<1-X>Ge_X CVD" Extended Abstracts of the 1993 International Conference on Solid State Devices and Materials. 380-382 (1993)
• [文献書誌] 本間文孝: "高清浄CVD法によるBドープSi_<1-X>Ge_X薄膜の形成" 電子情報通信学会技術報告. ED93-106. 1-7 (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Ultraclean low-pressure CVD for Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure growth(Invited)" Proceedings of the International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 221-228 (1994)
• [文献書誌] Kinya Goto: "A Si_<1-X>Ge_X-channel MOSFET fabricated by low-pressure chemical vapor deposition" Proceedings of the International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 475-479 (1994)
• [文献書誌] Fumitaka Honma: "Low-temperature selective epitaxy of in-situ B doped Si_<1-X>Ge_X film for ultrashallow junction formation" Proceedings of the International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 461-465 (1994)
• [文献書誌] Kenji Sakamoto: "Diffusion of Ge atoms in Si/Si_<1-X>Ge_X/Si(100) heterostructures observed by Raman scattering" Proceedings of the International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 449-452 (1994)
• [文献書誌] Fumitaka Honma: "Ultrashallow junction formation using low-temperature selective Si_<1-X>Ge_X chemical vapor deposition" Japanese Journal of Applied Physics. 33(発表予定). (1994)
• [文献書誌] 室田淳一: "「超高純度ガスの科学」の第1分冊第3編第7章「ウルトラクリーンCVD技術」" リアライズ社, 15 (1993)