極薄Ｇｅチャネルにおけるキャリア輸送機構の理解と制御

ここ数年間でGe FETにおける電子移動度の散乱機構に関する研究をすすめ，本研究において，次の三点について極めて大きな展開があった。１）従来GeO2がGe上絶縁膜としてベスト材料と報告されてきたが，熱力学的にはGeO2は不安定材料である。そこで酸化物の安定性という観点から，酸化物の生成エネルギーとGeとの反応性という観点から考えたところ，もっとも安定なゲートスタック形成のための絶縁膜としてY2O3，特にGeO2中へのY2O3の導入が極めて安定な界面を実現することがわかった。２）n-チャネルGe FETにおいては電子濃度が高くなると移動度が急激に劣化することがわかってきた。電子濃度が高い領域における散乱機構は界面での凹凸散乱が主に効いていると理論的に報告されている。そこで徹底的にGe表面の原子レベル平坦化を狙い，100%水素ガス中で熱処理をした結果，サブミクロン領域にわたって原子レベル平坦性が確認された。その基板上にFETを作製し移動度を評価したところ，高電子濃度領域における移動度が大幅に向上した。３）同一プロセスを用いてもGe基板の種類によって移動度が異なることが見つけられた。その起源を明らかにすべく基板の詳細を調べた。MIS構造におけるC-V特性には違いがない。つまり界面の差ではなく基板中の散乱機構の違いである。基板を水素アニールすることによって移動度が低い方の基板の移動度が向上することも明らかになった。さらに水素アニール条件の違いによる基板の変化をSIMSで観測したところ，基板中の酸素濃度が大きく異なることがわかった。そこでチャネル領域における酸素濃度を下げることがきわめて重要であると結論することができる。上記の様に，散乱機構という観点からきわめて決定的に重要な結果が得られたと言える。

ここ数年間でGe FETにおける電子移動度の散乱機構に関する研究をすすめ，本研究において，次の三点について極めて大きな展開があった。１）従来GeO2がGe上絶縁膜としてベスト材料と報告されてきたが，熱力学的にはGeO2は不安定材料である。そこで酸化物の安定性という観点から，酸化物の生成エネルギーとGeとの反応性という観点から考えたところ，もっとも安定なゲートスタック形成のための絶縁膜としてY2O3，特にGeO2中へのY2O3の導入が極めて安定な界面を実現することがわかった。２）n-チャネルGe FETにおいては電子濃度が高くなると移動度が急激に劣化することがわかってきた。電子濃度が高い領域における散乱機構は界面での凹凸散乱が主に効いていると理論的に報告されている。そこで徹底的にGe表面の原子レベル平坦化を狙い，100%水素ガス中で熱処理をした結果，サブミクロン領域にわたって原子レベル平坦性が確認された。その基板上にFETを作製し移動度を評価したところ，高電子濃度領域における移動度が大幅に向上した。３）同一プロセスを用いてもGe基板の種類によって移動度が異なることが見つけられた。その起源を明らかにすべく基板の詳細を調べた。MIS構造におけるC-V特性には違いがない。つまり界面の差ではなく基板中の散乱機構の違いである。基板を水素アニールすることによって移動度が低い方の基板の移動度が向上することも明らかになった。さらに水素アニール条件の違いによる基板の変化をSIMSで観測したところ，基板中の酸素濃度が大きく異なることがわかった。そこでチャネル領域における酸素濃度を下げることがきわめて重要であると結論することができる。上記の様に，散乱機構という観点からきわめて決定的に重要な結果が得られたと言える。