2016 Fiscal Year Research-status Report
転位形成の抑制による歪みSi/SiGe/Si(110)ヘテロ構造の超高移動度化
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15K04661
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
有元 圭介 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (30345699)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 歪みシリコン / 結晶欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
集積回路の消費電力を抑えつつ更なる高集積化・高性能化を実現するためには、高移動度材料の開発が必須である。同時に、低価格で安定した供給量が得られる材料系であることも求められる。低コストで高正孔移動度を実現できる材料系として、(110)面を表面に有する歪みシリコン（Si）が注目されている。歪み技術はSiの移動度を向上させる上で有効であるが、格子定数を変化させるために何らかの形で結晶欠陥を導入する必要があり、それによる特性劣化を上回る特性向上を実現する必要がある。これまではマイクロ双晶の形成プロセスについて研究を行い、その電気伝導特性への影響を調べてきた。また研究の過程で、マイクロ双晶とは形態が異なる結晶欠陥を確認している。本課題では、これらの結晶欠陥の構造や発生メカニズムを明らかにし、それらを制御する方法を開発することにより、更なる電気伝導特性の向上を目指している。
平成２８年度の研究においては、本研究を通じて得られた試料の電気伝導特性・正孔移動度の評価を進めた。これらの試料は、結晶成長中の基板温度、ゲルマニウム組成、膜厚、基板の傾斜角度等が異なっている。現在、以下のような問題点が明らかとなり、原因の解明に取り組んでいる。正孔移動度を評価するためには、電気伝導率への正孔密度の寄与を評価する必要がある。キャリア密度は容量－電圧測定より求めるが、その際、MOSFETがOFF状態の時の容量を基準として、ゲート電圧の増大に伴う容量の変化量から正孔密度を評価する。ところが、多くの試料でOFF時の容量が設計値から大きく外れていることが明らかとなった。原因として、OFF状態でゲート電圧を変化させた際に、チャネル部と測定回路の間の絶縁性が不完全であるために、測定回路から電子がチャネル部に供給されていることが考えられる。今後はこの問題を解決し、結晶成長条件と正孔移動度との関係を明らかにする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２８年度の研究においては、p型トランジスタの作製と電気伝導特性・正孔移動度の評価を行った。p型トランジスタの作製自体には成功し、トランジスタとして概ね正常に動作していることが確認された。ただし、上記のようにOFF状態での容量特性に原因が未解明の現象が生じている。今年度はこの現象の原因解明と解決を図る。原因の解明に向けては、電子顕微鏡を用いた構造解析を進めているところである。また、解決策として、チャネル部と測定回路の間の絶縁性の向上を目指す。これまでは歪み緩和SiGe層や歪みSi層にドーピングを行っていなかったが、今年度はチャネル－ソース・ドレイン間のポテンシャルバリアを大きくするためにn型ドーピングを行うことを計画している。n型ドーピングは結晶成長中にSbを供給することで行う。現在、順調に実験の準備が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
正孔移動度評価の為に必要な容量－電圧特性において、特異的な現象が現れており、これを解決することが平成29年度の主な課題である。原因の解明に向けては、電子顕微鏡を用いた構造解析を進める。また、歪み緩和SiGe層や歪みSi層にn型不純物であるSbをドープすることでチャネル－ソース・ドレイン間のポテンシャルバリアを形成し、特性の改善を図る。また、Si(001)を基板として固体ソースMBE法で結晶成長したSiGe層には多量の点欠陥が含まれ、p型になることが知られているが、基板がSi(110)の場合については研究例がない。本研究の中で、この点についても実験を進める予定である。
また、これまではSiGe層の歪みを緩和させるために膜厚を大きくし、結晶成長中に歪み緩和を促進させていた。しかしながら本研究を通じて、膜厚を大きくするに従い表面ラフネスの増大やFeather状構造の形成が進むことが明らかとなっている。もし、結晶成長中に歪み緩和が不十分であっても結晶成長後の高温熱処理によって歪み緩和を促進できるなら、より平坦性の高い試料の作製が可能となる。そこで平成29年度の研究では、結晶成長後の熱処理による歪み緩和の促進効果について検討する。
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| Causes of Carryover |
消耗品の購入額が予定より少額であったため、次年度に使用致します。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
シリコン基板と薬品の購入に充てる予定です。
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