面方位混載型・歪みゲルマニウム超薄膜の創製と超高速トランジスタへの応用

混合表面取向超薄应变锗薄膜的制备及其在超高速晶体管中的应用

• 批准号: 12J04434
• 负责人: 黒澤 昌志
• 金额: $ 2.53万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J04434/
• 关键词: IV族半導体; 低温結晶化; ゲルマニウム; スズ; シリコン; ショット・キー障壁高さ; GeSn; 金属誘起固相成長; レーザーアニール

本研究では、次世代集積回路に向けた絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の高品質形成およびデバイス実証を目標としている。本年度得られた主な成果を以下にまとめる。(1) Geとの共晶反応する金属群（Ag、Al、Au、Sn）の中で、Geとの共晶温度が最も低いSn（共晶温度: 231℃）を用いた金属誘起結晶化法を提案し、非晶質Geの結晶化温度を500℃から150℃に低温化できることを明らかにした。加えて、本手法が非晶質Siの低温結晶化に対しても有効なことを見出した。(2) 絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の更なる高品質形成を目指し、被結晶化膜の極表面のみを局所的に溶融させる水中レーザ結晶化法をGeSn混晶系へと展開した。非晶質Geに2%程度のSnを添加すれば、レーザ照射時に発生するGe膜の損傷/凝集が抑制できることを発見した。強いエネルギーでのレーザ照射が可能となった結果、GeSnの結晶粒径は約0.01μm（Sn添加なし）から約1μm（Sn=2%添加）に増大した。素子サイズに匹敵する大粒径GeSnの低温・高品位形成の同時実現である。大粒径化したGeSn膜は、２軸伸張歪み（約1%）が導入されていること、比較的良好なHall正孔移動度（100 cm2/Vs）を有することも判明した。(3) 多結晶GeSnの有用性を実証すべく、多結晶GeSnを用いて，ジャンクションレスタイプのFinFETを試作した。Finの幅17 nmの素子でドレイン電流のON/OFF比=５桁を達成した。狭バンドギャップのGeSnで、確実なオフ動作を初めて実証した重要な成果である。

The purpose of this study is to demonstrate the high quality formation of Ge group IV semiconductors in the next generation of integrated circuits. This year's results are as follows: (1)Ge eutectic reaction metal group (Ag, Al, Au, Sn) in the middle, Ge eutectic temperature is the lowest, Sn (eutectic temperature: 231℃) by metal induced crystallization method proposed, amorphous Ge crystallization temperature from 500℃ to 150℃, low temperature, and so on. In addition, this method has been used to crystallize amorphous Si at low temperature. (2)High quality formation of Ge group IV semiconductors on insulating films, solution crystallization of crystallized films, and development of GeSn mixed systems The addition of Sn to amorphous Ge at a level of 2% resulted in the occurrence of damage/aggregation inhibition of Ge films during irradiation. As a result, the crystal size of GeSn increases from about 0.01μm (Sn addition) to about 1μ m (Sn=2% addition). The simultaneous realization of low temperature and high grade formation of large particle size GeSn Large particle size GeSn film, 2-axis stretch (about 1%), good Hall hole mobility (100 cm2/Vs), good Hall hole mobility (100 cm2/Vs), good Hall hole mobility (100 cm2/Vs) (3)The usefulness of polycrystalline GeSn has been demonstrated. The application of polycrystalline GeSn has been tested. Fin amplitude of 17 nm pixel current ON/OFF ratio =5 The results of the test are very important.

项目成果

半導体結晶の製造方法、半導体結晶および半導体デバイス

半导体晶体的制造方法、半导体晶体以及半导体装置

• 发表时间: 2014

Atomically-Coherent-Coalescence of Two Growth-Fronts in Ge Stripes on Insulator by Rapid-Melting Lateral- Crystallization

通过快速熔化横向结晶实现绝缘体上 Ge 条带中两个生长前沿的原子相干聚结

• DOI: 10.1149/2.005303jss
• 发表时间: 2013
• 期刊: ECS Journal of Solid State Science and Technology
• 影响因子: 2.2
• 作者: M. Kurosawa;K. Toko;T. Sadoh;I. Mizushima;and M. Miyao
• 通讯作者: and M. Miyao

Hybrid-Formation of Single-Crystalline Ge(Si,Sn)-on-Insulator Structures by Self-Organized Melting-Growth

自组织熔融生长杂化形成绝缘体上单晶Ge(Si,Sn)结构

• 发表时间: 2013
• 作者: M. Miyao;R. Matsumura;M. Kurosawa;K. Toko;and T. Sadoh
• 通讯作者: and T. Sadoh

半導体薄膜の形成方法

半导体薄膜的形成方法

• 发表时间: 2013

Liquid-Sn-driven lateral growth of poly-GeSn on insulator assisted by surface oxide laver

表面氧化层辅助的绝缘体上液体锡驱动的多GeSn横向生长

• 发表时间: 2013
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: M. Kurosawa;et al.
• 通讯作者: et al.