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本研究では、絶縁膜上の指定された位置に高品質な単結晶GeSnを低温形成するプロセス技術を開発し、異種機能を融合した三次元LSIの基盤技術を創成する。本年度は、３年計画の最終年度として、下記研究を行った。
①GeSn/絶縁膜の成長機構の解明
触媒誘起成長法によるGeSn結晶の成長プロセスの検討を行った。成長様態の熱処理温度依存性を解析することで、GeSnの層交換成長では、触媒層中の核発生温度が、純Geより低温化することを明らかにした。SnはGeに比べ結合エネルギーが小さい為、GeにSnを添加すると原子間結合力が弱化する。固相成長法においては、Sn添加により結晶化反応の活性化エネルギーが低下することが知られていたが、触媒を用いた層交換成長においても、Sn添加による成長促進の効果が発現することが明らかとなった。
②GeSn/絶縁膜の大粒径成長プロセスの構築
GeSn結晶の大粒径成長には、核発生速度を低く保ちつつ、核成長を促進する必要がある。そこで、拡散障壁の膜厚、熱処理温度、Sn濃度をパラメータとして、成長特性の検討を行い、核発生プロセスと核成長プロセスの解析を行った。その結果、核発生プロセスの制御には、触媒層への半導体原子の供給速度、核成長プロセスの制御には、熱処理温度を変調することが有効であることを明らかにした。さらに、核の発生位置を制御する手法を検討し、絶縁膜上の指定された位置に大粒径GeSn結晶を形成するプロセス指針を明らかにした。
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