異種機能融合型ＬＳＩの構築へ向けたⅣ族系ヘテロ構造の創製

创建 IV 族异质结构以构建异构功能集成 LSI

• 批准号: 14J04366
• 负责人: 松村 亮
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyushu 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 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04366/
• 关键词: 半導体; 結晶成長; GeSn

スケーリング限界に直面し、性能限界を迎えていたSi-LSIは、SGOI(SiGe on insulator)構造の実現により、高速な演算ができるようになると提唱されている。しかし、SGOIの混載により高速化したLSIでは、チップ間通信に使われている金属配線による信号遅延が増大し動作速度を制限する要因となり、通信には電気信号に比べ伝送速度が格段に速い光を用いることが必須である。最近、Ge中に高濃度(≧10%)のSnを導入すると、バンド構造が直接遷移化し光機能を有することが報告された。すなわち、SiGeの高移動度を最大限に活かした次世代LSIの実現には、10％以上のSn濃度を有するGeSnを基板上に混載して新機能を融合する革新的技術の創出が必須となる。しかし、SnはGeに比べ格子定数が14%ほど大きく、高濃度のSnを有するGeSn結晶を形成することは困難であった。そこで採択者は、GeSnの結晶成長温度を低温化することでSn析出を抑制することができるのではないかと着想した。Ge中のSn濃度や膜厚、成長温度をパラメータとして多くの実験を行った結果、300度という極低温において13％のSn濃度という、目標にした10%を遥かに超えるSn濃度を有するGeSn結晶を実現することに成功した。しかし、GeSn結晶中のSn原子は熱的に非常に不安定であり、GeSn結晶をデバイスプロセス温度(～300℃)下に長時間置くとSnの析出が発生することが判明した。そこで採択者は、レーザーを用いて結晶成長前に成長の起点である種結晶を形成し、結晶成長温度を200度以下に更に低温化することで、成長後のGeSn結晶中のSn原子が熱的に安定化することを発見した。その結果、成長したGeSn結晶はデバイスプロセス温度下に48時間以上置いてもSn析出は発生せず13%の熱的に安定な置換Sn濃度を有するGeSn結晶を実現した。

Si-LSI and SGOI(SiGe on insulator) structures are implemented in high-speed computing. The mixed load of SGOI increases the speed of LSI, increases the signal delay of metal wiring and limits the operation speed of LSI. The main reason for this is that the transmission speed of electric signal in communication is higher than that of light transmission. Recently, the introduction of Sn with high concentration (> 10%) in Ge has been reported. It is necessary to create innovative technologies for the implementation of next-generation LSI with Sn concentration of more than 10% and for the integration of new functions. In addition, the number of Ge crystals in Sn is 14%, and it is difficult to form Ge crystals with high Sn concentration. The growth temperature of GeSn crystals is lowered, and Sn precipitation is suppressed. The Sn concentration in Ge is different from the film thickness and growth temperature. The Sn concentration in Ge is 13% at 300 ℃. The Sn concentration in Ge is 10% at 300 ℃. The Sn atoms in GeSn crystals are very unstable due to heat. It has been found that Sn precipitation occurs when GeSn crystals are stored at a temperature of ~300℃ for a long time. In addition, the Sn atoms in the GeSn crystal after growth are stabilized by the thermal stability of the Sn atoms in the GeSn crystal after growth at temperatures below 200 degrees Celsius. As a result, GeSn crystals grow at temperatures above 48 hours, Sn precipitation occurs at temperatures below 13%, and GeSn crystals grow at temperatures above 48 hours.

项目成果

Laser-Anneal Seeded Solid-Phase Crystallization for Ultra-Low Temperature Growth of Germanium-Tin

用于超低温生长锗锡的激光退火籽晶固相结晶

• 发表时间: 2015
• 作者: R. Matsumura;K. Moto;H. Chikita;T. Sadoh;H. Ikenoue;and M. Miyao
• 通讯作者: and M. Miyao

Self-Organized Crystallization of Group IV Mixed-Crystal Semiconductors on Insulating Substrate for Advanced Thin-Film-Transistors

先进薄膜晶体管绝缘衬底上 IV 族混晶半导体的自组织结晶

• 发表时间: 2014
• 作者: Fukumoto;Y.;Kuki;K.;Morii;M.;Miura;T.;Honda;T.;Ishibashi;K.;Hasegawa;H.;Kubota;S.;Ide;Y.;Yamaguchi;N.-t.;Nakayama;Y.;and Yamaguchi;N.;Ryo Matsumura
• 通讯作者: Ryo Matsumura

絶縁基板上におけるa-GeSnの極低温・高速固相成長(<250oC)

a-GeSn 在绝缘基板上的低温高速固相生长 (<250oC)

• 发表时间: 2014
• 作者: Ieda N;Uenoyama Y;Tajima Y;Nakata T;Kano M;Naniwa Y;Watanabe Y;Minabe S;Tomikawa J;Inoue N;Matsuda F;Ohkura S;Maeda KI;Tsukamura H.;松村亮
• 通讯作者: 松村亮

Segregation-Controlled Rapid-Melting Growth for Sige-on-Insulator with Uniform Lateral Composition

具有均匀横向成分的绝缘体上 Sige 的偏析控制快速熔化生长

• 发表时间: 2015
• 作者: R. Matsumura;T. Sadoh;and M. Miyao
• 通讯作者: and M. Miyao

Thermally-Stable High Sn Concentration (~9%) GeSn on Insulator by Ultra-Low Temperature (~180°C) Solid-Phase Crystallization Triggered by Laser-Anneal Seeding

通过激光退火晶种触发超低温 (~180°C) 固相结晶，在绝缘体上形成热稳定的高锡浓度 (~9%) GeSn

• 发表时间: 2015
• 作者: R. Matsumura;K. Moto;Y. Kai;T. Sadoh;H. Ikenoue;and M. Miyao
• 通讯作者: and M. Miyao