ひずみSi MOSトランジスタの物理モデル構築の研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16206029
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高木 信一 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (30372402)
• Keywords: ひずみSi / MOSFET / 移動度 / 正孔 / SiGe / 散乱機構

Research Abstract

ひずみSi中のキャリア輸送特性、とくに反転層正孔のキャリア輸送特性には不明点が多い。更なる性能向上のためには、散乱機構の理解が不可欠であるため、ひずみSi中の移動度の定量的評価・解析を行った。Si反転層移動度を理解する上での一つの重要な切り口は、実効電界に対するユニバーサリティである。ひずみSi n-MOSFETに対しては、基板濃度の変化に対してユニバーサリティがあることが実験的に確かめられているが、p-MOSFETに対しては、これまで調べられていない。そこで、今年度は、ひずみ量を系統的に変えたひずみSi pMOSFETに対して、基板濃度・基板バイアスを変え、実効電界に対するユニバーサリティについて検討した。測定には、基板SiGe層のGe濃度を0-50%まで変えたバルク基板上のひずみSi pMOSFETを用いた。
まず、Ge濃度を変えたときの正孔移動度の実効電界依存性を評価した所、移動度はGe濃度50%まで、Ge濃度(ひずみ量)の増加と共に単調に増大することが分かった。更に、基板濃度・基板バイアス電圧を変えた時の移動度を測定した所、Ge濃度が20%までは、ひずみのないSi pMOSFETと同様、η=1/3での実効電界に対し、基板濃度・基板バイアスによらずユニバーサリティが得られることが初めて見出された。この結果は、ユニバーサリティの起源が、ひずみの印加によつて変化するサブバンド構造の詳細にはよらないことを意味する。一方、Ge濃度が30%になると、ユニバーサリティからのずれが観測され、基板バイアスの印加により移動度が高い方へずれることが分かった。これには、表面チャネルと移動度の異なる可能性があるSiGe埋め込みチャネル中のキャリアの影響あるいはひずみの効果によるサブバンド構造の変化にともない実効電界中のパラメータηが変化した可能性が考えられる。