ＵＬＳＩの高速化に向けた高誘電率ゲート絶縁膜／ゲルマニウム界面構造制御

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本年度は，次世代の高駆動力3次元Geチャネル金属-酸化膜-半導体電界効果型トランジスタ（MOSFET）またはGe1-xSnxチャネルMOSFETの実現に向けて，パルス有機金属化学気相堆積（パルスMOCVD）法を用いたGeO2薄膜形成，およびGeゲートスタック構造の化学的安定性の向上を目標とした．高品質な3次元チャネル構造のGeやGe1-xSnxゲートスタック構造の実現において，GeO2膜の原子層堆積が重要な技術である．GeO2膜を堆積法で作製する場合，次段の高誘電率絶縁膜は，GeO2膜上に直接形成する必要がある．しかしながら，酸化法で作製したGeO2膜は通常非晶質であり，水に溶解するなど化学的に不安定である．従って，GeO2膜自身の熱的・化学的安定性の向上が必要不可欠であり，GeO2膜の化学的安定性の向上には，不溶性の正方晶GeO2膜の形成が重要と考えられる．本研究では，テトラエトキシゲルマニウム（TEOG）およびH2Oの交互供給（パルスMOCVD法）により，堆積GeO2膜を作製した．堆積GeO2膜は，熱酸化法で作製した熱酸化GeO2膜と比較して，水へのエッチング耐性や次段の高誘電率絶縁膜堆積におけるGeO2膜のエッチング耐性に優れるなど，化学的安定性に優れることがわかった．また堆積GeO2/Ge構造は，熱酸化GeO2/Ge構造よりも界面準位密度が低く，良好な界面特性を示すことが明らかになった．さらに，パルスMOCVD法を使えば，Ge表面上に六方晶もしくは正方晶に由来する多結晶GeO2膜を直接形成できる可能性が明らかになった．現状では，結晶構造の区別は出来ていないが，これらの成果は，堆積一貫という簡易なプロセスで，高品質なGeやGe1-xSnxゲートスタック構造を実現できる可能性を示唆しており，重要な知見である．