Investigation on the interface states at strained Si/SiO2 interfaces formed on Si(110) substrates

Si(110) 衬底上应变 Si/SiO2 界面的界面态研究

• 批准号: 21K04900
• 负责人: 有元 圭介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04900/
• 关键词: 歪みシリコン; 界面準位; 高移動度トランジスタ; 集積回路; シリコン・ゲルマニウム; 結晶欠陥; MOSFET

我々の研究グループは(110)面を表面に有する伸長歪みシリコンにおいて正孔移動度が大幅に増大することを理論・実験により示してきた。実験結果は理論予測の妥当性を裏付けており、480 cm2/Vs（室温）の実効正孔移動度を報告した。この結果はシリコン系半導体の性能的限界が従来考えられてきたものより遥かに高いレベルにあることを示している。実験に用いている試料では、表面の凹凸が大きく、平坦性を向上させることで更に移動度を向上させることができると考えられる。R4年度の研究では、表面ラフネスと界面準位密度との関係を検証した。分子線エピタキシー法で形成した歪みシリコン／シリコン・ゲルマニウム／シリコン(110)構造上に化学気相成長法でシリコン酸化膜を堆積し、アルミ電極を蒸着してMOS構造を作製した。測定はLCRメータを用い、静電容量とコンダクタンスの周波数・バイアス電圧依存性を記録し、コンダクタンス法による界面準位密度の分析を試みた。その結果、原子間力顕微鏡による表面ラフネスと界面準位密度との間に正の相関が明瞭に見られた。静電容量・コンダクタンスは界面準位だけでなくヘテロ界面でのキャリアの挙動にも影響されるため、結果については検証が必要である。このため、別の手法で界面準位密度を見積もり、比較する。具体的には、MOSFET構造におけるCV法とゲート印加ホール測定法による電荷の相違から界面電荷を見積もる方法を検討している。また、シリコン・ゲルマニウム中の面欠陥の分布状況について透過型電子顕微鏡を用いて調べた。面欠陥はシリコン・ゲルマニウムの歪み緩和プロセスによって生じ、電気特性や表面形状に影響する。分析の結果、２つの方位をもつ面欠陥同士が交差しながら空間的には均一に分布する場合と、交差を避けるように不均一に分布する場合が存在することが明らかとなった。

I 々 の research グ ル ー プ は (110) plane surface に を have す る elongation slanting み シ リ コ ン に お い て moving hole degrees が に sharply raised large す る こ と を theory, be 験 に よ り shown し て き た. The experimental results show that the theoretical pretest is appropriate in a を report on けてお けてお and 480 cm ² /Vs (room temperature) <s:1> actual normal hole mobility を report た た. こ の results は シ リ コ ン is the performance of semiconductor の limit が examine え 従 ら れ て き た も の よ り remote か に high い レ ベ ル に あ る こ と を shown し て い る. Be 験 に with い て い る sample で は, large surface の is concave and convex が き く, flatness を upward さ せ る こ と で more に を mobile degrees upward さ せ る こ と が で き る と exam え ら れ る. In the R4 year, the <s:1> study で で, surface ラフネスと interface potential density と <s:1> is related to を検 evidence た た. Method of molecular line エ ピ タ キ シ ー で form し た slanting み シ リ コ ン / シ リ コ ン · ゲ ル マ ニ ウ ム / シ リ コ ン (110) structural に chemical 気 each other n で シ リ コ ン acidification membrane を accumulation し, ア ル ミ electrode を steamed し て し the MOS structure を cropping た. Determination は LCR メ ー タ を い, electrostatic capacity と コ ン ダ ク タ ン ス の cycle for · バ イ ア ス electrical 圧 dependence を し, コ ン ダ ク タ ン ス method に よ る interface must try a density の analysis を み た. そ の results, the interatomic force 顕 micromirror に よ る surface ラ フ ネ ス と interface must a density と に between の is の phase masato が clear に see ら れ た. Electrostatic capacity, コ ン ダ ク タ ン ス は interface must a だ け で な く ヘ テ ロ interface で の キ ャ リ ア の 挙 dynamic に も influence さ れ る た め, results に つ い て は 検 card が necessary で あ る. Youdaoplaceholder2 ため, separate techniques で, interface potential density を, see product ため ため, comparison する. Specific に は, MOSFET structure に お け る CV method と ゲ ー ト Inca ホ ー ル measurement に よ る charge の conceives か ら interface charge を see product も る method を beg し 検 て い る. ま た, シ リ コ ン · ゲ ル マ ニ ウ ム の surface in owe 陥 の distribution に つ い て type through electronic 顕 micromirror を with い て adjustable べ た. Surface owe 陥 は シ リ コ ン · ゲ ル マ ニ ウ ム の slanting み ease プ ロ セ ス に よ っ て じ, electrical characteristics of 気 や surface shape に す る. Analysis の results, 2 つ の bearing を も つ face owe 陥 with James が job し な が ら space に は に uniform distribution す と る occasions, a job を avoid け る よ う に heterogeneity distribution す に る occasions が exist す る こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

Strain and Defect Engineering for the (110)-Oriented Si pMOSFETs

(110) 取向 Si pMOSFET 的应变和缺陷工程

• 发表时间: 2021
• 作者: Keisuke Arimoto;Junji Yamanaka;Kosuke O. Hara;Kentarou Sawano;Kiyokazu Nakagawa
• 通讯作者: Kiyokazu Nakagawa

Influences of lattice strain and SiGe buffer layer thickness on electrical characteristics of strained Si/SiGe/Si(110) heterostructures

晶格应变和SiGe缓冲层厚度对应变Si/SiGe/Si(110)异质结构电学特性的影响

• DOI: 10.1016/j.mssp.2023.107476
• 发表时间: 2023
• 期刊: Materials Science in Semiconductor Processing
• 影响因子: 4.1
• 作者: Fujisawa Taisuke;Onogawa Atsushi;Horiuchi Miki;Sano Yuichi;Sakata Chihiro;Yamanaka Junji;Hara Kosuke O.;Sawano Kentarou;Nakagawa Kiyokazu;Arimoto Keisuke
• 通讯作者: Arimoto Keisuke

2段集束レンズTEMを用いたNBDによるSiGeと歪Siの面間隔評価

使用两级聚焦透镜 TEM 通过 NBD 评估 SiGe 和应变 Si 之间的晶面间距

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Niwase;W. Nakamura;T. Kitazume;S. Fujii;S. Honda;M. Niibe;M. Terasawa;Y. Higo;Y. Sato;山中淳二,小國琢弥,佐野雄一,大島佑介,各川敦史,原康祐,有元圭介
• 通讯作者: 山中淳二,小國琢弥,佐野雄一,大島佑介,各川敦史,原康祐,有元圭介

Si/SiGe/Si(110) 内双晶分布の X 線回折と TEM による評価

通过 X 射线衍射和 TEM 评估 Si/SiGe/Si(110) 中的孪晶分布

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂田 千尋;有元 圭介;各川 敦史;原 康祐;山中 淳二
• 通讯作者: 山中 淳二

Discrimination between Coherent and Incoherent Interfaces using STEM Moire

使用 STEM 莫尔条纹区分相干和非相干界面

• DOI: 10.1017/s1431927621008369
• 发表时间: 2021
• 期刊: Microscopy and Microanalysis
• 影响因子: 2.8
• 作者: Junji Yamanaka;Daisuke Izumi;Chiaya Yamamoto;Mai Shirakura;Kosuke Hara; Keisuke Arimoto
• 通讯作者: Keisuke Arimoto