超高速ＭＯＳＦＥＴ実現に向けたゲルマニウムスズ選択成長および局所歪技術の確立

建立用于实现超高速MOSFET的锗锡选择性生长和局部应变技术

基本信息

批准号：
14J10705
负责人：
池進一
金额：
$ 1.6万
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では次世代集積回路の創成に向けて、従来のシリコン(Si)プロセスとの親和性が高いゲルマニウム(Ge)をベースとしたIV族混晶半導体の高品質形成および局所歪制御技術の確立を目指す。最終年度は、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)を用いたin situ リン(P)ドーピングによるGeおよびゲルマニウム-スズ(GeSn)層の不純物制御を検討した。高濃度n型GeおよびGeSnエピタキシャル層を形成し、その結晶性および電気的特性について詳細に調べた。400度以下の低温成長において、Si基板上に高濃度PドープGeエピタキシャル層の形成を実現した。P原料の供給量増加とともに膜中P濃度は増大し、Ge中のPの固溶限の10倍に相当する1E20 atoms/cm3のP濃度が得られた。一方、Ge層のHall電子密度は、成長温度での平衡固溶限と一致する2E19 cm-3程度で飽和する傾向がみられた。また、Ge層の膜中P濃度は、成長温度の低減とともに減少する傾向がみられた。GeおよびPの堆積速度に対する活性化エネルギーはそれぞれ1.0 eV、2.1 eVと見積もられ、Geに比べてPの方が2倍ほど大きな値を示すことが明らかになった。この活性化エネルギー差に起因して、低温化とともに導入P濃度が減少したと考えられるため、MOCVD法におけるGeおよびP原料の組み合わせにはまだ議論の余地があることを示した。さらに、PドープGeSn層のエピタキシャル成長へ展開した。Sn組成1.7%のGeSn層において、Hall電子密度1.3E19 cm-3を有し、また、膜中Pがほとんどすべて電気的に活性化していることがわかった。これらの結果は、MOCVD法を用いた高濃度n型GeおよびGeSn層のエピタキシャル成長を実証するものであり、歪GeチャネルMOSFET実現に向けた不純物制御技術の構築に直結する研究成果である。

在这项研究中，为了创建下一代综合电路，我们旨在建立基于锗（GE）的IV组混合晶体半导体的高质量形成，该晶将与常规硅（SI）工艺具有很高的亲和力，并建立局部应变控制技术。在最后一年，使用金属有机化学蒸气沉积（MOCVD）研究了GE和GENIM-TIN（GESN）层的杂质控制（GESN）层。形成了高浓度的N型GE和GESN外延层，并详细研究了其结晶度和电性能。在低温生长400度或更低的情况下，在SI基板上形成了高度浓缩的P型GE外延层。随着P原材料的供应量的增加，膜中的P浓度增加，导致P浓度为1E20原子/cm3，这对应于GE中P的溶解度极限的10倍。另一方面，GE层的Hall电子密度倾向于在约2E19 cm-3处饱和，这与生长温度下的平衡溶解度极限一致。此外，GE层膜中P的浓度往往随生长温度的降低而降低。 GE和P相对于沉积速率的激活能估计分别为1.0 eV和2.1 eV，并且发现P大约是GE的两倍。激活能量的这种差异表明，由于低温，引入P的浓度随温度降低而降低，因此MOCVD方法中GE和P原材料的组合仍然存在争议。此外，P掺杂的GESN层已发展为外延生长。发现在GESN层中，SN组成为1.7％，Hall电子密度为1.3E19 CM-3，并且膜中几乎所有P的P都被电动激活。这些结果表明，使用MOCVD方法，高浓度N型GE和GESN层的外延生长与构建杂质控制技术的构建直接相关的研究结果，以实现应变的GE通道MOSFET。