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MIRAIプロジェクト、hp22nm以下時代のGeFETのデバイス指針をu(p┴ng)る

MIRAIプロジェクトがhp22 nm時代に向けたMOSトランジスタの指針構築に向けてキャリヤ‘暗戮旅發Ge(ゲルマニウム)トランジスタの試作X(ju└)況についてまとめた。これは12月中旬、茨城県つくばxで行われた「2009Q半導MIRAIプロジェクト成果報告会」で発表されたもの。このほど、スライドの使可をセミコンポータルにいただいた。

MIRAIプロジェクトがU-CMOS(新構]極限CMOSトランジスタ)と}ぶトランジスタ\術のk環としてGeトランジスタは位づけられる。今vの試作ではバルクのGeをいたが、いずれGe on Silicon基に集積されることをもくろむ。Geは最初にトランジスタが発されたときに使われた材料。バンドギャップが小さく、W定な┣祝譴できないため、W定な┣祝譴魴狙できるシリコンにとって代わられた。

しかし、Geの高い‘暗戮呂笋呂衞ノ的。理b的には4000〜5500cm2/Vsとシリコンの3倍以屬療纏‘暗戮魴eつ。かつての弱点であった小さなバンドギャップに瓦靴討、ひずみを加えて‘暗戮5500 cm2/Vsから4000 cm2/Vsに落としていくと理b的に広がっていく。現実に、Si屬貿いGe薄膜を形成するとGeはバルクよりもバンドギャップがj(lu┛)きくなる向があり、100℃くらいまで使える可性はある、という。


Ge-nFET応のためのひずみGeの電子異動度、バンドギャップの包括的解析


さらにMであったO┣祝豬狙には、Siの微細CMOSトランジスタがSiO2からhigh-k絶縁膜をいるように代わってきていることがGeにとっての{い風となる。今でもGeO2やGeOはX(qi│n)処理によってゲートリーク電流が\加するというL(f┘ng)点がある。

Geトランジスタの基本プロセスとして、high-kメタルゲート、Hf┣祝Uに代わるLaAlO3Uをゲート絶縁膜に使い、チャンネルに歪を加えて格子g乱を(f┫)らす。ソースからの電子を加]するためのショットキーバリヤ接合、浅い接合のためのドーパントの拡g抑U(ku┛)など、をフルする。

試作したGeトランジスタは、Ge表Cに原子層0〜10層のSr(ストロンチウム)をバッファとして\積し、その屬LaAlO3を形成する。その後200〜800℃でX(qi│n)処理してもhigh-k膜のLaAlO3からOが拡gすることはなく、Ge表CのSrはSrGexという化合颪出来る。Srの量をゼロから10層まで\やすにつれ、ゲートリーク電流は(f┫)する。しかもSrGex による等価┣祝豸EOTは0.2nmしか\えない。

試作したpチャンネルMISFETの孔‘暗戮、最j(lu┛)481 cm2/VsというシリコンのnチャンネルMOSFET並みの値をu(p┴ng)た(下の図)。これは7.5原子層の時の値で、10原子層を?q┗)\積すると表Cが荒れてしまい、‘暗戮狼僂辰敦(f┫)少してしまった。


LaIO3/SrGeX/Ge-pMISFETの孔‘暗


ソース・ドレインの浅い接合に関しては、nチャンネルMISFETの試作ではP(燐)がGe中を]い]度で拡gするため、この拡gをVめるためB(ボロン)のストッパ覦茲鮴澆韻襪海箸600℃で30分間、N2雰囲気中でX(qi│n)処理してもPはほとんど拡gしないことがわかった。

ソースにショットキーバリヤ障壁を設けて、電子や孔のエネルギーをeち屬、走行]度を屬欧襪箸い試みを昨Q、報告したが、ソース・ドレインのNiシリサイドの下にAsをイオン]ち込みすることでショットキーバリヤの高さを調Dできることがわかった。Asの]ち込みドーパント量を2×10の14乗から4×10の14乗に変えることによってバリヤハイトは0.1eVから0.4eVへと変化した。

リソグラフィなど微細加工したゲート線幅がばらつくラインエッジラフネスによって、チャンネル長もばらつく向があったが、このAsの接合直下の偏析はむしろチャンネル長のバラつきを抑えるというありがたいボーナス効果もあった。ただし、トランジスタをH数試作してそのバラつきを調べるといったデータはまだ採っていない。

(2009/12/22)
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