［１］ 組織
代表者：室田淳一（東北大学電気通信研究所）
分担者：
庭野道夫（東北大学電気通信研究所）
上原洋一（東北大学電気通信研究所）
末光眞希（東北大学電気通信研究所）
櫻庭政夫（東北大学電気通信研究所）
安田幸夫（東北大学学際科学国際高等 研究センター）
宇佐美徳隆（東北大学金属材料研究所）
白木靖寛（東京都市大学総合研究所）
財満鎭明（名古屋大学大学院工学研究科）
中塚 理（名古屋大学大学院工学研究科）
高木信一（東京大学大学院工学研究科）
鳥海 明（東京大学大学院工学研究科）
奥村次徳（首都大学東京理工学系）
平木昭夫（大阪大学大学院工学研究科）
伊藤利道（大阪大学大学院工学研究科）
酒井 朗（大阪大学大学院基礎工学研究科）
野崎眞次（電気通信大学電子工学科）
田部道晴（静岡大学電子工学研究所）
高橋庸夫（北海道大学大学院工学研究科）
小野俊郎（弘前大学大学院理工学研究科）
堀口誠二（秋田大学大学院工学資源学研究科）
松本 智（慶應義塾大学理工学部）
土屋敏章（島根大学総合理工学部）
宮尾正信（九州大学大学院ｼｽﾃﾑ情報科学研究院）
佐道泰造（九州大学大学院ｼｽﾃﾑ情報科学研究院）
宮崎誠一（名古屋大学大学院工学研究科）
須田良幸（東京農工大学総合メディアセンター）
中川清和（山梨大学医学工学総合研究部）
樽茶清悟（科学技術振興機構）
石谷明彦（ベルギー・IMEC）
阿部孝夫（信越半導体（株）） 国井泰夫（日立国際電気（株）） 宮本光雄（森田化学工業（株）） 佐藤政明（新日本無線（株））
水島一郎（（株）東芝セミコンダクター社）
平山 誠（米国・ニューヨーク州立大学オルバニー校）
Bernd Tillack（ドイツ・IHP）
Matty Caymax（ベルギー・IMEC）
James Sturm（米国・プリンストン大学）
Judy Hoyt（米国・マサチューセッツ工科大学）
Eugene Fitzgerald（米国・マサチューセッツ工科大学）
Erich Kasper（ドイツ・シュトゥットガルト大学）
Joerg Schulze（ドイツ・シュトゥットガルト大学）
Vinh Le Thanh（フランス・マルセイユ大学）
Stefano Chiussi（スペイン・ビゴ大学）
研究費：物件費33万2千円，旅費70万4千円
［２］研究経過
［目的］高度歪異種原子層配列IV族半導体構造形成 プロセスの開発は，大規模集積回路の高性能化及び その上への新機能デバイス搭載等のために極めて重 要である．研究代表者らは，大規模集積化対応のSi 系 IV 族半導体デバイスのナノ構造化に伴い誘起す る歪により，半導体物性のみならず，半導体中の不 純物の電気的活性度・固溶限界・表面反応定数等が 大きく変化することを見いだした．本研究では，化 学気相成長法（CVD）によるSi-Ge系原子層積層を 駆使して，ナノ構造化と異種原子層積層で誘起され る歪が IV 族半導体の表面や界面の反応，不純物原 子の電気的活性化，不純物拡散等のプロセスに与え る影響を系統的に明らかにする．そして，歪制御と 異種原子層配列制御の両面から，デバイス性能を決 定づけるキャリアの超高移動度化と超高濃度化を可 能にする高度歪異種原子層配列IV 族半導体構造形 成プロセスを開発する．
［概要］本研究代表者らは，これまで，Si系IV族半 導体ヘテロCVD技術を確立し，CVD原子層積層を 駆使して，無歪Si(100)や無歪Ge(100)表面でのIV族 元素・不純物原料水素化物ガス分子の吸着・反応が，
Langmuir型で統一的に記述でき，表面の終端水素原
共同プロジェクト研究
子とその脱離が主要因となること，さらにその異種 原子層上への IV 族半導体積層（ここでは原子層ド ーピングという．）により，IV 族半導体のキャリア の高移動度化と高濃度化が可能になることを示した．
さらに，Si/圧縮歪 Si1-xGex/Si(100)ヘテロ構造を
100nmレベルで細線加工することにより，欠陥を発
生させなくとも引っ張り歪Si/圧縮歪Si1-xGex/Si(100) が実現でき，Si層の高移動度化が可能になることを 明らかにした．しかし，現状，① N原子層ドーピン グでは，結晶の劣化を防ぐために原子層ドープ層間 に3nm程度のSiスペーサが必要であること，② P 原子層ドーピングでは，PH3吸着・反応層上のSi成 長表面にPが偏析しやすいこと，引っ張り歪により P の偏析がより顕著になり，ヘテロ界面での固溶限 界も下がること，③ IV族半導体表面の歪がCVD表 面反応速度に影響を与え，0.8%引っ張り歪でさえ，
Si中のB原子の電気的活性度が大きく低下すること を見いだした．これらの課題を解決することを念頭 に置いて，本研究では，（１）IV 族半導体表面への 歪導入とCVD反応制御，並びに，（２）原子層ドー ピングや（３）高度歪異種原子層配列制御の実験を 進め，高度歪異種原子層配列 IV 族半導体構造形成 プロセスを開発する．
特に，本研究においては，実用性の極めて高い CVDによる専門的原子層積層実験が必要である．効 率的な原子層積層の実験を，現有の高清浄原子層制 御対応Hot Wall型及びCold Wall型CVD装置を複数 台用いて並列に行う．試料を大気に曝しても，大気
湿度が10％以下で表面が水素終端してあれば，表面
の酸化が原子オーダでも生じにくくなることを確認 している．したがって，原子レベルでの表面分析に おいても，反応炉から低湿度大気雰囲気で試料を分 析装置（現有：角度分解XPS，XPS，RHEED，AFM，
FTIR）に搬送し，実験を効率的に行う．異種原子層 配列構造の原子レベル評価に関しては，すでに確立 した XPS と湿式エッチングによるサブナノメータ 精度での組成・不純物濃度分布測定法を用いる．さ らに原子レベル精度に持ち込むよう角度分解 XPS を併用する．なお，原子層レベルでの厚み評価には 現有AFMを用いる．異種原子層配列構造の歪の評 価には，現有の可視・紫外光レーザラマン散乱分光 システムを用いる．SIMSや断面TEMによる評価は 海外共同研究者への協力依頼や外注で対応する．そ の他の電気的・光学的物性評価やナノ構造デバイス 製作のための研究環境は整っている．
［情報交換活動等］IV族半導体の原子層制御技術や ヘテロデバイス技術に関して，外部研究機関分担者 との共同研究の成果を国際会議及び学術論文（海外 機関4件）として発表した．また，本研究プロジェ クトが中心となり，以下の２つの国際会議も開催し た．
・第7回Siエピタキシー�ヘテロ構造国際会議 (7th Int. Conf. on Si Epitaxy and Hetero- structures，Leuven, Belgium, 2011年8月28～ 9月1日，発表143件（口頭発表58件、ポスタ ー発表85件）, 参加者180名： プロシーディン グ特集号：Thin Solid Films, Vol.520, 2012を出 版済）
・第7回ECS ULSIプロセスインテグレーション 国際会議（Symp. E9: ULSI Process Integration 7 (220th Meeting of the Electrochem. Soc.), 2011年10月10-13日, Boston，USA, 発表46 件，参加者60名：プロシーディング特集号 ECS Trans., Vol.41, No.7, 2011を出版済）
これらの活動により，IV族半導体高度歪制御ナノ 立体構造における物理現象を踏まえたデバイス製作 技術，回路・システム化技術の構築と産学独連携体 制構築を含む研究活動推進が産業発展のために重要 であることが明確に示され，世界規模での研究連携 のきっかけとなることが期待される．さらに，世界 規模での研究連携のきっかけとなるものと期待され ることから，次年度の通研国際ワークショップを実 験施設において開催する予定である．
［３］成果
本年度は，以下に示す研究成果を得た．
まず第１に，熱CVDプロセスによる歪Si1-xGex上 の熱窒化とその上への歪 Si1-xGexキャップ層エピタ キシャル成長によるN原子層ドーピングについて研 究を進めた結果，原子オーダで熱窒化した歪 Si0.3Ge0.7(100) を400 oCで熱処理すると，Si3N4形成 が支配的であることを見いだした．第２に，Si1-xGex
のCVD堆積速度やSiへのBドーピングの反応速度 定数やその電気的活性化率に 1%程度の格子歪が大 きな影響を与える一方，歪Si(100)基板上にエピタキ シャル成長させたBドープ歪Si1-xGexにおけるBの 電気的活性化率には格子歪はほとんど影響を与えな いことを明らかにした．第３に，高Ge比率化とと もにナノメートルオーダ厚のヘテロ構造が必須とな 採択回数 ① ２ ３
�２３����
高度歪異種原子層配列 IV 族半導体構造形成と ナノデバイスへの応�に�する研究
［１］ 組織
代表者：室田淳一（東北大学電気通信研究所）
分担者：
庭野道夫（東北大学電気通信研究所）
上原洋一（東北大学電気通信研究所）
末光眞希（東北大学電気通信研究所）
櫻庭政夫（東北大学電気通信研究所）
安田幸夫（東北大学学際科学国際高等 研究センター）
宇佐美徳隆（東北大学金属材料研究所）
白木靖寛（東京都市大学総合研究所）
財満鎭明（名古屋大学大学院工学研究科）
中塚 理（名古屋大学大学院工学研究科）
高木信一（東京大学大学院工学研究科）
鳥海 明（東京大学大学院工学研究科）
奥村次徳（首都大学東京理工学系）
平木昭夫（大阪大学大学院工学研究科）
伊藤利道（大阪大学大学院工学研究科）
酒井 朗（大阪大学大学院基礎工学研究科）
野崎眞次（電気通信大学電子工学科）
田部道晴（静岡大学電子工学研究所）
高橋庸夫（北海道大学大学院工学研究科）
小野俊郎（弘前大学大学院理工学研究科）
堀口誠二（秋田大学大学院工学資源学研究科）
松本 智（慶應義塾大学理工学部）
土屋敏章（島根大学総合理工学部）
宮尾正信（九州大学大学院ｼｽﾃﾑ情報科学研究院）
佐道泰造（九州大学大学院ｼｽﾃﾑ情報科学研究院）
宮崎誠一（名古屋大学大学院工学研究科）
須田良幸（東京農工大学総合メディアセンター）
中川清和（山梨大学医学工学総合研究部）
樽茶清悟（科学技術振興機構）
石谷明彦（ベルギー・IMEC）
阿部孝夫（信越半導体（株）） 国井泰夫（日立国際電気（株）） 宮本光雄（森田化学工業（株）） 佐藤政明（新日本無線（株））
水島一郎（（株）東芝セミコンダクター社）
平山 誠（米国・ニューヨーク州立大学オルバニー校）
Bernd Tillack（ドイツ・IHP）
Matty Caymax（ベルギー・IMEC）
James Sturm（米国・プリンストン大学）
Judy Hoyt（米国・マサチューセッツ工科大学）
Eugene Fitzgerald（米国・マサチューセッツ工科大学）
Erich Kasper（ドイツ・シュトゥットガルト大学）
Joerg Schulze（ドイツ・シュトゥットガルト大学）
Vinh Le Thanh（フランス・マルセイユ大学）
Stefano Chiussi（スペイン・ビゴ大学）
研究費：物件費33万2千円，旅費70万4千円
［２］研究経過
［目的］高度歪異種原子層配列IV族半導体構造形成 プロセスの開発は，大規模集積回路の高性能化及び その上への新機能デバイス搭載等のために極めて重 要である．研究代表者らは，大規模集積化対応のSi 系 IV 族半導体デバイスのナノ構造化に伴い誘起す る歪により，半導体物性のみならず，半導体中の不 純物の電気的活性度・固溶限界・表面反応定数等が 大きく変化することを見いだした．本研究では，化 学気相成長法（CVD）によるSi-Ge系原子層積層を 駆使して，ナノ構造化と異種原子層積層で誘起され る歪が IV 族半導体の表面や界面の反応，不純物原 子の電気的活性化，不純物拡散等のプロセスに与え る影響を系統的に明らかにする．そして，歪制御と 異種原子層配列制御の両面から，デバイス性能を決 定づけるキャリアの超高移動度化と超高濃度化を可 能にする高度歪異種原子層配列IV 族半導体構造形 成プロセスを開発する．
［概要］本研究代表者らは，これまで，Si系IV族半 導体ヘテロCVD技術を確立し，CVD原子層積層を 駆使して，無歪Si(100)や無歪Ge(100)表面でのIV族 元素・不純物原料水素化物ガス分子の吸着・反応が，
Langmuir型で統一的に記述でき，表面の終端水素原