高性能ULSIのための歪みGe MOSFETの研究開発

高性能ULSI应变Ge MOSFET的研发

• 批准号: 12J06933
• 负责人: 山本 圭介
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyushu 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 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J06933/
• 关键词: 半導体物性; 電子・電気材料; ゲルマニウム; MOSFET; 歪み; 金属/半導体接合; ショットキー接合

大規模集積回路(ULSI)の更なる高性能化に向けて、その基本構成素子である金属一酸化物一半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の高性能化(高速・低消費電力化)が世界中で検討されている。本研究では、その実現のために高移動度材料であるゲルマニウム(Ge)に焦点を当て、「1.更なる移動度向上を目的としたGe基板への歪み印加」「2.歪み導入に最適なMOSFETデバイス構造の構築」を行った。1.更なる移動度向上を目的としたGe基板への歪み印加シリコン(Si)-ULSIの移動度向上技術として定着している歪みSiの考え方をGeへと展開した。代表者が確立した、Si基板上への窒化シリコン(SiN)堆積による引張歪みと圧縮歪みの選択的印加技術を、Ge基板に対して適用した。SiNを堆積したGe基板の歪み分布状況を、紫外光マイクローラマン分光法によって測定した結果、Si基板の場合と同様に、引張及び圧縮歪みを選択的に印加できていることが確認でき、その大きさは引張歪みが最大で0.18%、圧縮歪みが最大で0.36%であった。この手法は、無歪みGeを上回る高移動度を期待でき、高移動度Ge MOSFET実現において極めて魅力的であると言える。2.歪み導入に最適なMOSFETデバイス構造の構築Geの物性的特徴と歪み導入技術の双方に親和性の高いデバイス構造として、メタルソース/ドレイン(S/D)型MOSFETに着目した。このデバイス構造が実現すれば、簡略なプロセスと高い性能の両立が期待できる。メタルS/D型MOSFETには、電子・正孔それぞれに対して低障壁(0.1eV以下)な金属/Ge接合が必要である。適切な材料を探索した結果、前者にはTiN/Ge接合(0.09eV)を、後者にはHfGe/Ge接合(0.06eV)を採用したメタルS/D型MOSFETを作製した。作製したMOSFETは正常なトランジスタ動作に成功し、特にp-MOSFETは従来型のpn接合型MOSFETに匹敵する高移動度(340cm^2/Vs,pn接合型では376cm^2/Vs)が得られた。この結果は、高移動度メタルS/D型GeCMOS実現への道を拓いたと言える。

为了进一步提高大规模集成电路（ULSI）的性能，提高了作为大规模集成电路基本构成元件的金属一氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的性能（更高速度和更低功耗）。超大规模集成电路（ULSI）正在全球范围内生产。为了实现这一目标，本研究以高迁移率材料锗（Ge）为中心，重点关注“1.为了进一步提高迁移率而对Ge基板施加应变”和“2.理想的应变”。简介。”“新型 MOSFET 器件结构的构建。” 1.对Ge衬底施加应变以进一步提高迁移率作为硅(Si)-ULSI的迁移率提高技术而建立的应变Si的概念被扩展到Ge。该代表建立的通过在Si衬底上沉积氮化硅(SiN)来选择性地施加拉伸和压缩应变的技术被应用于Ge衬底。使用紫外显微罗曼光谱测量其上沉积有SiN的Ge衬底的应变分布，结果证实可以与Si衬底的情况一样选择性地施加拉伸和压缩应变。应变为0.18%，最大压缩应变为0.36%。该方法有望比无应变Ge具有更高的迁移率，并且可以说对于实现高迁移率Ge MOSFET极具吸引力。 2.构建最适合应变引入的MOSFET器件结构 我们重点关注金属源极/漏极（S/D）型MOSFET作为与Ge物理特性和应变引入技术高度兼容的器件结构。如果实现这种器件结构，预计将实现简单的工艺和高性能。金属 S/D MOSFET 需要金属/Ge 结对电子和空穴具有低势垒（0.1 eV 或更低）。在寻找合适的材料后，我们使用 TiN/Ge 结 (0.09eV) 制造金属 S/D MOSFET，前者使用 HfGe/Ge 结 (0.06eV)，后者使用 HfGe/Ge 结 (0.06eV)。所制造的MOSFET成功实现了晶体管的正常工作，特别是p-MOSFET实现了与传统p-n结MOSFET相当的高迁移率（p-n结型为340 cm^2/Vs，p-n结型为376 cm^2/Vs）。这一成果可以说为高迁移率金属S/D型GeCMOS的实现铺平了道路。

项目成果

整流性TiN/p-Geコンタクトに於ける表面パッシベーションの重要性

表面钝化在矫正 TiN/p-Ge 接触中的重要性

• 发表时间: 2012
• 作者: 山本圭介;王冬;中島寛
• 通讯作者: 中島寛

An accurate characterization of interface-state by deep-level transient spectroscopy for Ge metal-insulator-semiconductor capacitors with SiO_2/GeO_2 bilayer passivation

SiO_2/GeO_2双层钝化Ge金属-绝缘体-半导体电容器界面态的深能级瞬态光谱准确表征

• DOI: 10.1063/1.4759139
• 发表时间: 2012
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: D. Wang;S. Kojima;K. Sakamoto;K. Yamamoto;H. Nakashima
• 通讯作者: H. Nakashima

High Hole-Mobility Ge p-MOSFET with HfGe Schottky Source/Drain

具有 HfGe 肖特基源极/漏极的高空穴迁移率 Ge p-MOSFET

• 发表时间: 2012
• 期刊: Extended Abstracts of the 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials
• 作者: T. Sada;K. Yamamoto;H. Yang;D. Wang;H. Nakashima
• 通讯作者: H. Nakashima

TiN/Geコンタクトに於けるフェルミレベルピンニング変調とMOSデバイスへの応用

TiN/Ge接触中的费米能级钉扎调制及其在MOS器件中的应用

• 发表时间: 2012
• 作者: 山本 圭介;井餘田 昌俊;王 冬;中島 寛
• 通讯作者: 中島 寛

Al/Ti/Snを用いたp形4H-SiCへのオーミックコンタクトの低温形成

使用 Al/Ti/Sn 低温形成 p 型 4H-SiC 欧姆接触

• 发表时间: 2013
• 作者: 畑山紘太;山本圭介;王冬;中島寛
• 通讯作者: 中島寛