人工IV族半導体極微細構造デバイス製作のための原子精度要素プロセスの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11232203
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 安田 幸夫 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60126951)
• 研究分担者: 酒井 朗 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20314031) ; 財満 鎭明 名古屋大学, 先端技術共同研究センター, 教授 (70158947) ; 畑 朋延 金沢大学, 工学部, 教授 (50019767) ; 中塚 理 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 助手 (20334998)
• キーワード: シリコンゲルマニウム / シリコンゲルマニウムカーボンバッファ層 / 歪緩和 / バッファ層 / 熱電効果 / B高濃度ドーピング / 2次元逆格子マッピングX線回折法 / 走査トンネル顕微鏡

研究概要

Si基板上へのSiGe、Ge、SiGeC薄膜作製プロセス技術の開発を進め、以下の研究成果を得た。
1.SiGeバッファ層の二段階成長法において、第二SiGe層成長初期にGe中間層を導入することによって、薄膜の段階で多数の転位を導入し歪み緩和を促進することに成功した。その結果、第二Si_<0.7>Ge_<0.3>層形成後、従来法では約70%で飽和していた歪み緩和率を92%にまで向上できることを見出した。
2.Si基板上に形成した膜厚20nmのGe層950〜1100℃の熱処理を施すことによって、90°転位のネットワーク構造を優先的に導入し、ほぼ完全に歪み緩和した膜厚70nm以下のSi_<0.7>Ge_<0.3>バッファ層を形成可能なことを見出した。
3.Si基板上に堆積した無ドープおよびB 10%ドープSi/Ge多層膜について、熱電特性及び結晶性を評価した。400℃で作製したBドープ膜では、300Kにおいて熱電性能指数ZT=0.213が得られ、バルク体の値(0.15)を上回る性能改善が得られた。
4.0.5%前後の高C濃度SiGeC膜の成長技術確立を目的として、走査トンネル顕微鏡によってSi-Ge-C同時蒸着時とSi-Ge及びC別蒸着時における初期成長膜構造の違いを観察し、SiGe層へのC原子の導入機構を詳細に調べた。SiGeC同時蒸着の場合、Si-Ge及びSi-Cボンドを有する二つの領域に相分離が生じ、2ML程度のSi_<0.952-x>Ge_xC_<0.048>膜(Ge組成x:0.183〜0.476)で結晶性及び平坦性が悪化する。一方、Si-Ge及びC別蒸着法を用いた場合、膜厚3MLのSi_<0.769>Ge_<0.183>C_<0.048>においても2次元的なステップフロー成長を維持できることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] S.Zaima, A.Sakai, Y.Yasuda: "Control in the initial growth stage of heteroepitaxial Si_<1-x-y>Ge_xC_y on Si(0 0 1) substrates"Applied Surface Science. 212-213. 184-192 (2003)
• [文献書誌] K.Sasaki, T.Ikeda, M.Kitai, H.Konta, T.Hata: "Investigation of Effect of Sputtering Gases on Ion-Beam-Sputtering Growth of Si and Ge"Transactions of Materials Research Society of Japan. 28(4). 1157-1159 (2003)
• [文献書誌] K.Sasaki, K.Kawai, T.Hasu, M.Yabuuchi, T.Hata: "Feasibility of Ultra-thin Films for Gate Insulator by Limited Reaction Sputtering Process"IEICE Transactions on Electronics. E87-C(2). 218-222 (2004)
• [文献書誌] T.Egawa, A.Sakai, T.Yamamoto, N.Taoka, Q.Nakatsuka, 他2名: "Strain-relaxation mechanisms of SiGe layers formed by two-step growth on Si(0 0 1) substrates"Applied Surface Science. 224. 104-107 (2004)
• [文献書誌] T.Yamamoto, A.Sakai, T.Egawa, N.Taoka, O.Nakatsuka, 他2名: "Dislocation structures and strain-relaxation in SiGe buffer layers on Si (0 0 1) substrates with an ultra-thin Ge interlayer"Applied Surface Science. 224. 108-112 (2004)
• [文献書誌] S.Ariyoshi, S.Takeuchi, O.Nakatsuka, A.Sakai, S.Zaima, Y.Yasuda: "Influence of Si_<1-x>Ge_x interlayer on the initial growth of SiGeC on Si(100)"Applied Surface Science. 224. 117-121 (2004)