薄い EOT を有する 12 nm-埋め込み S/D 型 Ge n-MOSFET のデバイス特

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図 5.7 試 料 の 作 製 手 順.

5.3 薄 い EOT を 有 す る 12 nm-埋 め 込 み S/D 型 Ge n-MOSFET の

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図 5.8 薄 い EOT を 有 す る Al / HfO2/ Si O2/ GeO2/ p -Ge -MOSC AP の C-V 特 性. 表 5.4 ALD -Hf O2の 成 膜 条 件.

Hf O2

（nm）

Cycl e

（t i me）

T emp.

（^oC）

Deposi t i on r at e

（nm/ c ycl e）

7 50 300 0.14

5.3.2 デ バ イ ス 特 性

図 5.8 は Al / HfO2/ Si O2/ GeO2/ Ge 構 造 を 有 す る MOSCAP の C-V 特 性 を 示 す 。こ の MOSCAP は 、埋 め 込 み S/ D 型 デ バ イ ス の 形 成 と 同 時 に 、同 一 基 板 上 に 作 製 し た も の で あ る 。 厚 い EOT の 場 合 と 同 様 に 、CA C の 値 は 10 お よ び 100 kH z で 4.5×10^{- 7} F/ c m² と 等 し く 、 こ の 値 か ら CETA C は 7.6 n m と 得 ら れ た 。 一 方 で 、 n -MOSFET の ゲ ー ト － チ ャ ネ ル 容 量 は CO X=4.3×10^{- 7} F/ c m²で 、こ の 値 か ら CETO X

は 8.0 nm と 得 ら れ た 。 薄 い EOT の 場 合 で も 、CETA Cと CETO Xの 差 は 小 さ い た め 、CETO Xを EOT と し た 。 図 5.9 は 埋 め 込 み S/ D 型 n -MOSFE T の VD=0.03, 0.1 お よ び 1 V に 於 け る IS-VG特 性 を 示 す 。EOT が 厚 い 場 合 と 同 様 に 、n -MOSFET は 良 好 な ト ラ ン ジ ス タ 動 作 を 示 し た 。VD=0.03 V に 於 け る ISの SS は 114 mV / dec で 、 こ の 値 か ら Di tは 1.8×10^{1 2} c m^{- 2}eV^{- 1}と 得 ら れ た 。 こ れ は 5.3 節 の EOT が 厚 い 埋 め 込 み S/ D 型 デ バ イ ス の Di tと ほ ぼ 一 致 す る 。

-6 -4 -2 0 2 4

0 100 200 300 400 500

Al/HfO₂/SiO₂/GeO₂/p-Ge gate stack CET_AC = 7.6 nm

Capacitance C [nF/cm2 ]

Voltage V [V]

1 MHz 100 kHz 10 kHz

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図 5.9 薄 い EOT を 有 す る 埋 め 込 み S/ D 型 n -MOSFET の IS-VG特 性. 図 5.10（a） お よ び （b） は 、 そ れ ぞ れ 埋 め 込 み お よ び 非 埋 め 込 み S/ D 型 デ バ イ ス に 於 け る μeの VG依 存 性 を 示 す 。 埋 め 込 み S/ D 型 デ バ イ ス の 3 つ の デ ー タ プ ロ ッ ト は 互 い に 一 致 し て い る が 、非 埋 め 込 み 型 で は L の 減 少 に 伴 い μeが 低 下 し て い る 。 こ れ ら の 特 性 は S/ D の RPの 影 響 に よ る も の で 、EOT が 厚 い 場 合 と 類 似 し て い る 。 図 5.11（a） お よ び （b） に 埋 め 込 み お よ び 非 埋 め 込 み S/ D 型 デ バ イ ス の RTと L と の 関 係 を 示 す 。5.3節 と 同 様 に RPを 算 出 し た 結 果 、そ れ ぞ れ

~100 お よ び~1200 Ω と 得 ら れ た 。こ れ ら の 値 も 図 5.6 に 示 す EOT が 厚 い 場 合 の も の と よ く 一 致 し て い る 。

埋 め 込 み S/ D 型 n -MOSFET の ピ ー ク μeは~100 cm²/ V s と 得 ら れ 、 こ れ は EOT が 厚 い 場 合 の 約 半 分 程 度 と 低 い 。 界 面 の Si O2/ GeO2 構 造 は 両 者 と も 同 じ で あ る た め 、 こ れ は HfO2 膜 中 の 固 定 電 荷 に よ る リ モ ー ト ク ー ロ ン 散 乱 の 影 響 と 考 え ら れ る[ 10]。 非 埋 め 込 み S/ D 型 デ バ イ ス の ピ ー ク μeは 、 埋 め 込 み S/ D 型 の も の よ り 幾 分 か 高 い~140 cm²/ V s で あ っ た 。こ の ピ ー ク μeの 差 は EOT の 違 い に よ る も の と 考 え ら れ る 。 実 際 、 非 埋 め 込 み デ バ イ ス の EOT が~1 nm 程 厚 く 、 非 埋 め 込 み デ バ イ ス の 方 が 埋 め 込 み デ バ イ ス よ り も ク ー ロ ン 散 乱 の 影 響 が 小 さ く な っ た と 考 え ら れ る 。 但 し 、5.3 お よ び 5.4 節 の ピ ー ク μeは 、n⁺-S/ D 型 n -MOSFET

-1 0 1 2 3

10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3

V_TH = -0.2 V

EOT = 8.0 nm L/W = 100/390 m

V_D = 1 V V_D = 0.1 V

I S [A] V_D = 0.03 V

Gate voltage V_G [V]

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図 5.10 薄 い EOT を 有 す る （a）12 nm-埋 め 込 み お よ び

（b） 非 埋 め 込 み S/ D型 n -MOSF ET の μe-VG特 性.

図 5.10 薄 い EOT を 有 す る （a）12 nm-埋 め 込 み お よ び

（b） 非 埋 め 込 み S/ D 型 n -MOSF ET の RT-L プ ロ ッ ト.

の μe（790 c m²/ V s） よ り も は る か に 低 い[ 11]。 こ の 低 い μeは 、 ゲ ー ト ス タ ッ ク の 品 質 に 起 因 す る も の と 考 え ら れ る 。Ti N/ Ge コ ン タ ク ト は 400^oC 以 上 の 熱 処 理 に よ っ て コ ン タ ク ト 特 性 が 劣 化 す る た め[ 2]、μeを 向 上 さ せ る に は 、高 品 質 ゲ ー ト ス タ ッ ク の 低 温 作 製 が 必 須 で あ る 。 ま た は ゲ ー ト フ ァ ー ス ト プ ロ セ ス を 検 討 す る 必 要 が あ る 。

-1 0 1 2

0 50 100 150 200

(a)

Field eff ect m ob ility 

cm

/Vs

L = 100 m L = 60 m L = 40 m

embedded S/D W = 390 m V_D = 30 mV

-1 0 1 2

(b)

Gate voltage V

G

[V]

unembedded S/D W = 390 m V_D = 30 mV

0 20 40 60 80100 0

1 2 3 4 5 6 7

To tal r esista nce R

[ k  ]

V_G - V_TH = 2.0 V V_G - V_TH = 2.5 V V_G - V_TH = 3.0 V

embedded S/D

0 20 40 60 80100

V_G - V_TH = 1.0 V V_G - V_TH = 1.5 V V_G - V_TH = 2.0 V

Channel length L [ m ]

unembedded S/D

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