2014 Fiscal Year Research-status Report
再成長ソースを有する三次元構造InGaAs MOSFET
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25420322
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金澤 徹 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (40514922)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | MOSFET / 化合物半導体 / 高移動度チャネル / マルチゲート構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
情報・通信技術の発達には電気回路を構成する主要部品であるトランジスタの性能向上が大きな課題となる。本研究は次世代の超高速・超低消費電力集積回路への応用が期待される高電子移動度を有するIII-V族MOSFETにおいて、高いドーピング濃度による低抵抗化が可能な再成長ソースによる駆動能力の向上と、立体型チャネルを用いたマルチゲート構造によるオフ特性の改善を同時に行うこと目的としている。
平成二十五年度までに再成長ソースを有するマルチゲートFETの基本的な作製プロセスを開発することが出来たとともに、その性能を制限している要因についても明らかとなった。これらの課題に対してそれぞれ新たな技術を導入することで対策を行い。性能向上のための基盤技術を整えることが出来た。
具体的にはハフニアゲート絶縁膜の導入によるゲートスタック構造の改善、再成長InGaAs層の結晶性・平坦性改善によるソースドレイン寄生抵抗の削減、およびInGaAs構造エッチングプロセスの最適化による立体型チャネル幅の削減と歩留りの改善といった技術をそれぞれ開発した。
これらをデバイス作製プロセスに導入することで目的である高駆動能力を実現するための準備が整ったといえる。
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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
平成二十六年度の実験計画として最も重要と設定していた、ゲート絶縁膜の改善については、平面型のInGaAs MOSキャパシタにおいてトリメチルアルミニウムパルスと窒素プラズマ照射を組み合わせた表面処理を用いた上で、ハフニアゲート絶縁膜3.5 nmを堆積し、ゲート電極形成後に水素アニールを行うことで、リーク電流を許容範囲に抑えながらゲート絶縁膜の電気的等価酸化膜厚を1.7 nm以下に、界面準位密度を10の12乗台の前半まで削減することが出来た。この技術を用いてこれまで用いていたアルミナをハフニアに置き換えることで、ゲート容量を二倍以上に増大することが見込まれ、短チャネル効果抑制と伝達コンダクタンス向上が期待できる。
もう一つの大きな課題であった再成長InGaAs上でのコンタクト抵抗削減についても、再成長面を半絶縁性InPに変更することと成長条件の最適化によって、再成長を行わなかったInGaAsと同等のコンタクト抵抗が実現できることが確認され、目標である大電流動作へ向けた基盤技術を開発することが出来た。
チャネル形状についてもHSQマスクとデジタルエッチングによるアンダーカット形成を用いた立体型チャネル構造作製プロセスの修正を行うことでより高い精度で20 nm以下の極細線チャネル構造を形成し、TCADシミュレーターを用いた理論計算の進行と併せて、最適なチャネル構造の導入によるデバイス作製を行うことが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度である平成二十七年度の目標としては、前年度までに開発を完了している各技術を全て組み合わせた上で、InGaAs再成長ソースを有するマルチゲートFET構造の作製を行い、本研究課題の最終目的である高電流密度と短チャネル効果抑制を両立したデバイス特性を得ることを目指す。
加えて、現在反応性イオンエッチングを用いているダミーゲート形成プロセスをハイドロジェンシルセスキオキサンの直接描画に変更することによりプラズマダメージを抑制し、さらに再成長領域の結晶品質や抵抗率を改善することを合わせて行う。
また、20nm以下の極短チャネル構造においては十分な短チャネル効果抑制が困難となる可能性も残されているため、その際には下部InP層のアンダーカットエッチングを組み合わせたゲートオールアラウンド構造を導入し、さらなるゲート制御性の改善を行うことも検討する。
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| Causes of Carryover |
実験棟の大規模空調改修が行われたため、2015年1月～3月に予定していた研究計画に遅れが生じたため。使用期限が設定されている薬品が主な支出項目となっていたため、改修工事終了まで購入を遅らせることとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
基金化された繰り越し分に関しては購入を遅らせた薬品(電子ビーム露光用レジスト)の購入に充てる。
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