シリコン基板上のIII-V族化合物半導体MISFETの形成とその特性評価

硅衬底上III-V族化合物半导体MISFET的形成及其特性评估

基本信息

批准号：
09J08505
负责人：
星井拓也
金额：
$ 0.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J08505/
关键词：
InGaAs Nitridation MOS interface ECR plasma MOS界面 ECRプラズマ

项目摘要

本研究はSi基板上に形成されたIII-V層(InGaAs層)をチャネルとするSi基板上III-V族化合物半導体MISFETの製作とその高性能動作を目指すものである。その手法として、InP基板上InGaAsチャネル層に対しECRプラズマ窒化処理を行い、InGaAs MOS界面特性に及ぼす影響を評価した。ALD-Al203を絶縁膜としたInGaAs MOS界面の界面準位密度は、InGaAs表面窒化処理によって、標準的な界面処理手法であるS終端処理と比べて有意に減少し、最小値で2.0x10^<11>cm^<-2>eV^<-1>という非常に低い値を示した。このような低い界面準位密度を得るにあたり、表面窒化によって形成された窒化物層によって、0.65nmのEOT増加が生じた。また、窒化条件による界面準位密度とEOTの変化を検証したところ、ECRのためのマイクロ波出力と窒化時間による影響が大きいことがわかった。界面準位密度については、高いマイクロ波出力ほど、短い時間で界面準位密度の減少が起こった。一方、EOTについてはマイクロ波出力に対する依存はあまり見られず、主に窒化時間に依存していることがわかった。このことから、高いマイクロ波出力を用いて短時間で処理を行うことで、EOT増加を抑制して良好な界面を得られる可能性が示唆された。さらに窒化時間の変化による界面の結合状態の違いをXPSで観察したところ、本実験で用いた条件では窒化物と同時に酸化も進行していることがわかった。また、界面準位密度が減少している時間は窒化反応が支配的に起こっている状態に対応しており、酸化反応が強く見えるようになると界面準位密度の増加がおこった。このことは界面準位密度の減少が窒化処理によるものであることを強く示唆しており、前述のマイクロ波出力に対する界面準位密度変化の違いも、マイクロ波出力がプラズマ中の活性種の密度に影響すると考えられることから窒素活性種の密度によって説明できる。以上のように、InGaAs表面窒化処理がMOS界面の界面準位密度に与える効果について調査し、窒化処理が界面準位密度低減に有効であることを示した。MOSFETを作製することによる界面特性の検証については、FET作製プロセスの最適化が十分でなく、検証に至らなかった。これらの研究内容に関して、2010年度中に、主著として、1件の査読付き論文、1件の査読付き国際会議、1件の国内会議発表を行い、また現在、更に1件の論文投稿を準備中である。

这项研究旨在在Si底物上制造和提供IIII-V复合半导体失误的高性能操作，该基材使用在SI基板上形成的III-V层（INGAAS层）作为通道。作为一种方法，在INP底物的INGAAS通道层上进行了ECR血浆硝化处理，并评估了INGAAS MOS界面特性的影响。与标准的S末端处理相比，使用ALD-AL203使用ALD-AL203作为绝缘膜的INGAAS MOS界面的界面状态密度显着降低，最小值为2.0x10^<11> cm^<11> cm^<-2> ev^<-1>。为了获得如此低的界面状态密度，表面硝化形成的氮化层层产生的EOT增加了0.65 nm。此外，当我们检查由于硝化条件引起的界面状态密度和EOT的变化时，我们发现微波功率和ECR的硝化时间的影响很大。关于接口状态密度，微波输出越高，界面状态密度在较短的时间内发生越低。另一方面，发现对EOT的微波功率几乎没有依赖，并且主要取决于氮化物时间。这表明，通过使用高微波功率在短时间内执行处理，可以抑制EOT的增加并获得良好的接口。此外，当XPS观察到由于硝化时间的变化而观察到界面键合状态的差异时，发现在本实验中使用的条件下，氧化与氮化物同时进行。此外，界面状态密度降低的时间对应于硝化反应主导的状态，并且随着氧化反应变得更加明显，界面状态密度也会增加。这强烈表明，界面状态密度的降低是由于硝化处理引起的，并且相对于上述微波输出的界面状态密度的差异也可以通过氮气活性物质的密度来解释，因为人们认为微波输出会影响血浆中活性物质的密度。如上所述，研究了INGAAS表面硝化物对MOS界面界面水平密度的影响，并表明硝化物在降低界面级别密度有效。关于通过制造MOSFET来验证界面特性，未充分优化FET的制造过程，也未达到验证。关于这些研究主题，在2010财政年度，他发表了一份经过同行评审的论文，一项由同行评审的国际会议和一次国内会议演讲，目前正准备再提交一篇论文。