Si系新チャネル材料MOSトランジスタにおけるキャリア輸送特性の研究

二軸ひずみ一軸ひずみが共存するひずみ印加に対して、移動度向上に与える影響は、そのメカニズムも含めて不明な点が多い。今年度は、緩和SiGe上の二軸引張りひずみSiチャネルを使って、これに一軸の機械ひずみを印加して、移動度への影響を系統的に調べた。チャネル方向をオリフラに対して系統的に変化させることで、二軸応力ひずみの移動度向上率とせん断応力ひずみによる移動度向上率を分離して測定できることを明らかにした。一軸応力は、二軸応力の効果とせん断応力の効果の両方を併せ持っている。二軸応力のピエゾ係数とせん断応力のひずみ係数の二軸引張りひずみ量依存性を測定した結果、せん断応力による移動度向上は、二軸ひずみによる移動度向上とは独立の効果(理論計算の結果から有効質量低減の効果)であることが分かった。このことは、二軸ひずみ一軸ひずみを併用することで、更に移動度向上を実現できることを示している。結果として、二軸のグローバル引張りひずみに一軸のローカル引張りひずみを組み合わせる方法は、nMOSFETの更なる移動度向上に極めて有効であること、またせん断応力ひずみによる移動度向上が有効に働くことから、<110>方向への一軸ひずみの印加と組み合わせることが有効であるということが、明らかとなった。一方、緩和SiGe基板上のひずみSiにおける二軸ひずみによる移動度向上の実測結果は、ピエゾ係数からだけでは説明できず、機械的ひずみに対して期待される値よりも更に高い値が得られることが明らかとなった。この効果は、ひずみSi基板を直接酸化によって形成したMOS界面特有の材料起因の効果であると考えられる。

二軸ひずみ一軸ひずみが共存するひずみ印加に対して、移動度向上に与える影響は、そのメカニズムも含めて不明な点が多い。今年度は、緩和SiGe上の二軸引張りひずみSiチャネルを使って、これに一軸の機械ひずみを印加して、移動度への影響を系統的に調べた。チャネル方向をオリフラに対して系統的に変化させることで、二軸応力ひずみの移動度向上率とせん断応力ひずみによる移動度向上率を分離して測定できることを明らかにした。一軸応力は、二軸応力の効果とせん断応力の効果の両方を併せ持っている。二軸応力のピエゾ係数とせん断応力のひずみ係数の二軸引張りひずみ量依存性を測定した結果、せん断応力による移動度向上は、二軸ひずみによる移動度向上とは独立の効果(理論計算の結果から有効質量低減の効果)であることが分かった。このことは、二軸ひずみ一軸ひずみを併用することで、更に移動度向上を実現できることを示している。結果として、二軸のグローバル引張りひずみに一軸のローカル引張りひずみを組み合わせる方法は、nMOSFETの更なる移動度向上に極めて有効であること、またせん断応力ひずみによる移動度向上が有効に働くことから、<110>方向への一軸ひずみの印加と組み合わせることが有効であるということが、明らかとなった。一方、緩和SiGe基板上のひずみSiにおける二軸ひずみによる移動度向上の実測結果は、ピエゾ係数からだけでは説明できず、機械的ひずみに対して期待される値よりも更に高い値が得られることが明らかとなった。この効果は、ひずみSi基板を直接酸化によって形成したMOS界面特有の材料起因の効果であると考えられる。