面方位混載型・歪みゲルマニウム超薄膜の創製と超高速トランジスタへの応用

混合表面取向超薄应变锗薄膜的制备及其在超高速晶体管中的应用

基本信息

批准号：
12J04434
负责人：
黒澤昌志
金额：
$ 2.53万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、次世代集積回路に向けた絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の高品質形成およびデバイス実証を目標としている。本年度得られた主な成果を以下にまとめる。(1) Geとの共晶反応する金属群（Ag、Al、Au、Sn）の中で、Geとの共晶温度が最も低いSn（共晶温度: 231℃）を用いた金属誘起結晶化法を提案し、非晶質Geの結晶化温度を500℃から150℃に低温化できることを明らかにした。加えて、本手法が非晶質Siの低温結晶化に対しても有効なことを見出した。(2) 絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の更なる高品質形成を目指し、被結晶化膜の極表面のみを局所的に溶融させる水中レーザ結晶化法をGeSn混晶系へと展開した。非晶質Geに2%程度のSnを添加すれば、レーザ照射時に発生するGe膜の損傷/凝集が抑制できることを発見した。強いエネルギーでのレーザ照射が可能となった結果、GeSnの結晶粒径は約0.01μm（Sn添加なし）から約1μm（Sn=2%添加）に増大した。素子サイズに匹敵する大粒径GeSnの低温・高品位形成の同時実現である。大粒径化したGeSn膜は、２軸伸張歪み（約1%）が導入されていること、比較的良好なHall正孔移動度（100 cm2/Vs）を有することも判明した。(3) 多結晶GeSnの有用性を実証すべく、多結晶GeSnを用いて，ジャンクションレスタイプのFinFETを試作した。Finの幅17 nmの素子でドレイン電流のON/OFF比=５桁を達成した。狭バンドギャップのGeSnで、確実なオフ動作を初めて実証した重要な成果である。

在这项研究中，我们的目标是在绝缘膜上形成高质量的Ge基IV族半导体，并演示下一代集成电路的器件。现将今年取得的主要成果总结如下。 (1)使用Sn进行金属诱导结晶，在与Ge发生共晶反应的金属组(Ag、Al、Au、Sn)中，Sn与Ge的共晶温度最低(共晶温度：231℃)。并证明非晶Ge的结晶温度可以从500℃降低到150℃。此外，我们发现该方法对于非晶硅的低温结晶也有效。 (2)为了在绝缘膜上高质量地形成Ge基IV族半导体，我们开发了一种水下激光晶化方法，该方法仅局部熔化要晶化的GeSn混晶系统的薄膜的最表面。我们发现，在非晶Ge中添加约2%的Sn可以抑制激光照射期间发生的Ge薄膜的损伤/聚集。由于强能量激光照射，GeSn的晶粒尺寸从约0.01μm（未添加Sn）增加到约1μm（Sn=2％添加）。这同时实现了低温、高质量形成具有与器件尺寸相当的大晶粒尺寸的GeSn。研究还发现，晶粒尺寸较大的GeSn薄膜引入了双轴拉伸应变（约1%），并具有较好的霍尔空穴迁移率（100 cm2/Vs）。 (3) 为了证明多晶GeSn的实用性，我们使用多晶GeSn制造了原型无结型FinFET。我们在鳍片宽度为 17 nm 的器件中实现了 5 个数量级的漏极电流开/关比。这是一项重要成就，因为它首次证明了窄带隙 GeSn 中可靠的关断操作。