人工IV族半導体極微細構造を用いた超高速光・電子デバイスの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11232201
• 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, 教授 (70182144)
• 研究分担者: 土屋 敏章 島根大学, 総合理工学部, 教授 (20304248) ; 栗野 浩之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70282093) ; 小柳 光正 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60205531) ; 杉山 直治 (株)東芝, 基礎研究所, 研究主務 ; 小野 昭一 アルプス電気(株), 最高技術顧問(常勤研究職)
• キーワード: SiGe / SiGeC / MOS / HBT / CVD / 選択成長 / 不純物ドーピング / 高精度エッチング

研究概要

本研究では、人工IV族半導体超高速光・電子デバイスを開発することを目指し、Si-Ge(-C)系のIV族半導体極微細構造をデバイスに搭載した極微細MOSFET、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)、Si/SiGe/Si-SOI構造の新デバイス等による低電圧・低消費電力・超高速・新機能付集積回路を設計し、それを表面・界面構造劣化の生じない低温高清浄プロセスを駆使して製作する技術を構築し、デバイス試作とその評価・デバイス物理の検討を通して極微細化・超高速化の最適方法を明らかにしようとしている。本年度は5年計画の第5年目として、新高精度要素プロセスの標準デバイス製作プロセスへの導入と、新構造原子制御半導体の応用による新物性・新機能のデバイス搭載について研究した。具体的には、マルチステップアニール法による選択成長SiGeの低抵抗Niシリサイド形成技術をElvatedソース・ドレイン構造に適用し、高性能完全空乏型SOI-MOSFETを実現した。また、SiGe選択エッチングによるマルチチャネルMOS構造を提案し、超高電流駆動能力化に有効であることを示した。酸化濃縮により形成した高品質SiGe-On-Insulator(SGOI)基板上に成長させた歪Siをチャネルに適用したMOSデバイスは高電流駆動力化と同時に基板浮遊効果が抑制されるごとを明らかにした。さらに、SiGeヘテロチャネルpMOSFETにおける低周波雑音強度は界面捕獲準位密度にほぼ比例して増加することを見いだすとともに、BドープSiGe薄膜からのSi/SiGe/Siヘテロ構造へのB拡散工程において、SiGe中でのB拡散抑制・偏析現象によるB拡散層の極浅化・低抵抗化現象を見いだし、短チャネルSiGeヘテロチャネルMOSFETの高性能化に有効であることを実証した。このようにデバイス主要部分へのSi-Ge(-C)系IV族半導体薄膜適用は、デバイスの極微細化・超高速化に有効であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] K.Takahashi et al.: "Si Epitaxial Growth on SiH_3CH_3 Reacted Ge(1 0 0) and Intermixing between Si and Ge during Heat Treatment"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 193-196 (2003)
• [文献書誌] H.Shim et al.: "Work Function of Impurity-Doped Polycrystalline Si_<1-x-y>Ge_xC_y Film Deposited by Ultraclean Low-Pressure CVD"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 209-212 (2003)
• [文献書誌] J.Noh et al.: "Contact Resistivity between Tungsten and Impurity (P and B)-Doped Si_<1-x-y>Ge_xC_y Epitaxial Layer"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 679-683 (2003)
• [文献書誌] T.Kanaya et al.: "W Delta Doping in Si(1 0 0) Using Ultraclean Low-Pressure CVD"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 684-688 (2003)
• [文献書誌] T.Tsuchiya et al.: "Direct Measurements of Trap Density in a SiGe/Si Hetero-Interface and Correlation Between the Trap Density and Low-Frequency Noise in SiGe-Channel pMOSFETs"IEEE Trans.Electron Devices. Vol.50,No.12. 2507-2512 (2003)
• [文献書誌] J.Noh et al.: "Relationship between Impurity (B or P) and Carrier Concentration in SiGe(C) Epitaxial Film Produced by Thermal Treatment"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 77-81 (2004)
• [文献書誌] K.Usuda et al.: "Strain relaxation of strained-Si layers on SiGe-on-insulator (SGOI) structures after mesa isolation"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 113-116 (2004)
• [文献書誌] N.Sugiyama et al.: "Kinetics of epitaxial growth of Si and SiGe films on (1 1 0) Si substrates"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 188-192 (2004)
• [文献書誌] Y.Shimamune et al.: "Formation of Heavily P Doped Si Epitaxial Film on Si(1 0 0) by Multiple Atomic-Layer Doping Technique"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 202-205 (2004)
• [文献書誌] M.Fujiu et al.: "Effect of Carbon on the Thermal Stability of a Si Atomic Layer on Ge(1 0 0)"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 206-209 (2004)
• [文献書誌] S.Takagi et al.: "Fabrication and device characteristics of strained-Si-on-insulator (strained-SOI) CMOS"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 241-247 (2004)
• [文献書誌] D.Lee et al.: "Fabrication of 0.12-μm SiGe-Channel MOSFET Containing High Ge Fraction with Ultrashallow Source/Drain Formed by Selective B-Doped SiGe CVD"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 254-259 (2004)
• [文献書誌] J.C.Shim et al.: "SiGe elevated source/drain structure and nickel silicide contact layer for sub 0.1μm MOSFET fabrication"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 260-264 (2004)
• [文献書誌] D.Sasaki et al.: "Proposal of a multi-layer channel MOSFET : the application of selective etching for Si/SiGe stacked layers"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 270-273 (2004)