| 研究課題/領域番号 |
26286044
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| 研究機関 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
澤野 憲太郎 東京都市大学, 工学部, 准教授 (90409376)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 結晶工学 / 半導体物性 |
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| 研究実績の概要 |
一軸歪みGe膜の形成に向けて、まずはSi基板上へ、高Ge組成の歪み緩和SiGeバッファー層の形成を試みた。これまでに、Si上のGe膜の形成に有効であることが分かっている、2段階成長法をSiGe成長に適用した。具体的には、300℃から400℃の低温で40-60 nmのSiGe層（Ge組成70-80%）を成長した後、その上に500℃から800℃の高温で500-1000 nmのSiGe層（同Ge組成）を成長した。成長後の構造を透過型電子顕微鏡（TEM）で断面観察したところ、予想外に欠陥が膜全体に広がっていることが分かった。これは、Ge組成100%の場合と比較し欠陥発生機構が大きく変わることを示す興味深い結果と言える。
作製したSiGe緩和バッファー層上に、選択的イオン注入を行った。パターンとしては、イオン注入領域と非注入領域を周期的にストライプ状に並べた。その後、Ge膜を成長した。成長後の構造の歪み状態を、X線回折逆格子空間マッピング法によって評価した。X線の入射方向をストライプパターンに平行、および垂直に変えることで、方向に依存した歪み状態を詳細に評価した結果、両方向ともGeの歪み緩和が見られ、一軸性の歪み状態とならなかった。これは、SiGe層に欠陥が多く含まれるため、それらが転位発生源となり、イオン注入による効果を上回ってしまったことによると考えている。
なお、これと並行して、Ge基板へ同様に選択イオン注入し、その上に高Ge組成のSiGeバッファーを形成したところ、SiGe膜には一軸性の歪みが導入されていることが、同じくX線評価により示された。この上へのGe膜成長を行い、一軸性歪みGeを形成し、ラマンのマッピングにより、Ge層の歪み制御が達成されていることが示され、一軸性の導入を示すものである。トップGe層の膜厚が薄く、測定は難しいが、X線による詳細な評価を現在進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Si上のSiGeバッファー利用の構造と並行し、Ge基板を利用して、一軸歪みGe膜の形成まで進んでいるので、全体の計画と照らし、十分に順調であると考える。高Ge組成SiGeバッファー作製においては、Geバッファー層と比較し、格子不整合が小さいにもかかわらず、欠陥発生が大きくなるという興味深い結果が得られ、転位挙動の理解に役立つ結果と言える。通常、低Ge組成のSiGeバッファー層において、歪み緩和の際に60度転位が形成されるが、高Ge組成のSiGeの場合、90度転位が支配的となり、貫通転位密度の低減が期待できる。今回得られた結果は、Ge 80%程度では、まだ90度転位の効果が低いことを示唆しており、今後の進め方を決める上で有用な結果であったと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、高Ge組成SiGeバッファー層作製について、得られた結果を基に、まず、Ge組成を徐々に増やしていき、転位構造がどのように変化するのかを調べる。欠陥の低減が可能となれば、そのSiGeバッファー層を利用し、選択イオン注入、Geの成長と進める。また、この構造に加え、Si上に形成したGe緩和バッファー層上にも同様に選択的にイオン注入を行う。ここでは、その上に一度SiGe膜を形成し、一軸歪みSiGeバッファーを形成する。そして、その上に再度Ge層を形成し、一軸歪みGeチャネルとする。この場合一軸性歪みの歪み量がどう変わってくるか、比較検討する。これは、Ge基板で得た結果を、Si基板上で再現させるものである。Si上のGe膜は、欠陥が抑制されているとは言え、Ge基板と比較すれば、貫通転位密度は高いので、それらが一軸歪み導入に悪影響を与えるか否かを確認する上でも、Ge基板上構造との比較が重要である。また、歪み状態の、選択イオン注入パターン幅依存性が、Geの場合にどのように変化するか、比較検討することで、一軸性歪み、転位発生メカニズムを解明する。
さらに、GeチャネルMOSデバイスの作製を進める。まずはゲート絶縁膜の検討から開始し、良質な絶縁膜特性を確認後、MOSデバイスプロセスに入る。基板構造として、SiGeバッファーまたはGeバッファーを利用した構造の両者を進めるが、上記結晶評価の結果によっては、特性の良い方を重点的に進める。なお、Ge基板を利用した構造も同時に作製し、比較検討しながら高移動度達成へ向けて、最適構造を探索する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
年度末にアルバイトの謝金を計上しており、最後の経費残額と同額を支出することができなかったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
メタノール等の薬品に使用する。
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