PtGe/Ge コンタクトの形成とパッシベーション法の確立

3.2.1 試 料 作 製

実 験 に 用 い た 試 料 は 、 面 方 位 ：（100）、 不 純 物 濃 度 ：5×10^{1 5} c m^{- 3}、 抵 抗 率 ： 0.4 Ω・cm、の Sb ド ー プ n 形 Ge 基 板 で あ る 。図 3.1 に Pt Ge/ Ge コ ン タ ク ト の 作

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製 プ ロ セ ス を 示 す 。 試 料 は 、 以 下 に 記 述 し た 手 順 で 作 製 し た 。

1. 基 板 を ア セ ト ン で 超 音 波 洗 浄 後 、10%の 希 HF溶 液 で 洗 浄 し て 自 然 酸 化 膜 を 除 去 し た 。

2. リ フ ト オ フ パ タ ー ニ ン グ を 施 し た Ge 基 板 上 に 、r f マ グ ネ ト ロ ン ス パ ッ タ を 用 い て 厚 さ 10 nm の Pt と 厚 さ 10 nm の T i を 連 続 し て 堆 積 し た 。詳 細 な 成 膜 条 件 を 表 3.1 に 示 す 。こ こ で 、T i 膜 が 無 い 場 合 、Pt 膜 は 純 粋 リ ン ス に よ っ て 部 分 的 な 剥 離 が 生 じ る 。 従 っ て 、T i 膜 は Pt 膜 の 剥 離 防 止 キ ャ ッ プ 層 と し て 機 能 す る 。

3. リ フ ト オ フ プ ロ セ ス を 用 い 、180×400 m²の 面 積 を 持 つ T i/ Pt /Ge コ ン タ ク ト を 形 成 し た 。そ の 後 、Pt を ジ ャ ー マ ナ イ ド（Pt Ge）化 す る た め に 、窒 素 雰 囲 気 中 で 400 -500^oC の 温 度 範 囲 で 30 分 間 の PMA を 施 し た 。 こ こ で 、Ge 上 に 堆 積 し た 40 n m の Pt 膜 が 、400^oC 以 上 の 熱 処 理 に よ っ て 完 全 に 結 晶 化 す る こ と 、ま た 、400お よ び 500^oCで そ れ ぞ れ Pt Ge2層 お よ び Pt Ge 層 と な る こ と 、 が 報 告 さ れ て い る[ 17]。 従 っ て 、 本 研 究 で 施 し た PMA に よ っ て 、10 n m-Pt は 完 全 に ジ ャ ー マ ナ イ ド 化 し た も の と 考 え ら れ る 。

4. 0.5%の 希 釈 HF ク リ ー ニ ン グ お よ び 純 水 リ ン ス の 後 、Pt Ge/ Ge コ ン タ ク ト を 次 の 2 通 り の 手 法 を 用 い て パ ッ シ ベ ー シ ョ ン し た 。1 つ は 、Ge 表 面 を 極 薄 の Si O2/ GeO2膜 に よ っ て パ ッ シ ベ ー シ ョ ン す る 2 層 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン（BLP:

Bi l ayer passi vat i on） 法 で あ る 。2 つ 目 は 、Ge 表 面 を 極 薄 の Si O2層 に よ っ て パ ッ シ ベ ー シ ョ ン す る 単 層 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン （MLP: Mo n o l a ye r p a s s i va t i o n） 法 で あ る 。 両 手 法 共 に 基 板 温 度 は 350^oC で あ る 。BLP お よ び MLP の 詳 細 は 平 山 等 の 論 文 で 報 告 さ れ て い る[ 18,19]。こ れ ら の パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 層 は 、ス パ ッ タ 中 の 酸 素 添 加 の 有 無 に よ り 構 造 が 決 ま る 。BLP で は 、Si O₂ス パ ッ タ 中 に 酸 素 ガ ス を 添 加 す る 。こ の 場 合 、Si O2ス パ ッ タ と 同 時 に プ ラ ズ マ 酸 化 が 起 こ り 、Si O2/ Ge 界 面 に 極 薄 （~1 nm） の GeO2界 面 層 が 成 長 す る 。 一 方 MLP

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図 3.1 試 料 の 作 製 手 順.

で は 、酸 素 添 加 を 行 わ な い た め GeO2の 成 長 が 起 こ ら な い 。B LP と MLP の 詳 細 条 件 を 表 3.2 に 示 す 。

5. 4 に 述 べ た パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 膜 を 形 成 後 、試 料 を 室 温 ま で 冷 却 し 、同 一 真 空 中 に て 厚 さ 50 n m-Si O2膜 を 堆 積 し た 。 詳 細 な 条 件 を 表 3 . 2 に 示 す 。 そ の 後 、 窒 素 雰 囲 気 中 で 400 -500^oC の 範 囲 で 30 分 間 の PDA を 行 っ た 。

6. T i/ Pt Ge/ Ge コ ン タ ク ト 上 に コ ン タ ク ト ホ ー ル を 開 口 し 、 真 空 蒸 着 を 用 い て Al を 堆 積 し た 。最 後 に リ フ ト オ フ に よ っ て Al 電 極 を 形 成 し 、窒 素 雰 囲 気 中 で 300^oC -10 分 間 の C A を 施 し た 。

ま た 、 比 較 と し て パ ッ シ ベ ー シ ョ ン を 行 っ て い な い 試 料 も 用 意 し た 。

表 3.1 Pt お よ び Ti マ グ ネ ト ロ ン ス パ ッ タ 成 膜 条 件. PR F

（W）

Ar

（sccm）

Pressur e

（Pa）

Deposi t i on Rat e

（nm/ mi n）

T emp.

（^oC）

T i me

（mi n）

Pt 10 20 4 3.3 R.T . 3

T i 30 20 2 5 R.T . 2

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表 3.2 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 層 お よ び Si O2マ グ ネ ト ロ ン ス パ ッ タ 成 膜 条 件. PR F

（W）

Ar

（sccm）

O2

（sccm）

Pressure

（Pa）

Deposi t i on Rat e

（nm/ mi n）

T emp.

（^oC）

T i me

（sec）

BLP 13 20 0.2 1 0.109 350 546

MLP 10 20 - 1 0.114 350 526

Si O2 50 20 - 1 2.158 R.T . 2381

3.2.2 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン し た PtGe/Ge コ ン タ ク ト の 電 気 的 特 性

Pt Ge/ n -Ge コ ン タ ク ト の 電 流 － 電 圧 （I-V） 測 定 は 室 温 で 行 っ た 。 ま た 、ΦB N

お よ び 理 想 係 数 （n） は 、 順 方 向 I-V 特 性 か ら 式 （3.1） お よ び （3.2） を 用 い て 算 出 し た[ 13]。

𝐼 = 𝐼

𝑒𝑥𝑝 (

𝑛𝑘𝑇

) [1 − 𝑒𝑥𝑝 (

)]

𝐼

= 𝑆𝐴

𝑇

𝑒𝑥𝑝 (

𝑘𝑇

)

こ こ で 、q は 素 電 荷 、k は ボ ル ツ マ ン 定 数 、T は 絶 対 温 度 、I0は 飽 和 電 流 、S は 電 極 面 積 、A^*は リ チ ャ ー ド ソ ン 定 数 で 、n-Ge（100）面 で は 133 .2 A/ cm²K²、p -Ge

（100） 面 で は 40.8 A/ cm²K²で あ る[ 20]。 図 3.2（a） お よ び （b） は 、 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 無 、BLP お よ び MLP を 施 し た Pt Ge/ n -Ge コ ン タ ク ト の 縦 方 向 お よ び 横 方 向 I-V 特 性 を 示 す 。 ま た 、 測 定 回 路 も そ れ ぞ れ の 図 中 に 示 し た 。 こ れ ら の 試 料 は 、500^oC -PMA お よ び 400^oC -P DA に て 作 製 し た も の で あ る 。表 面 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン を 行 っ て い な い コ ン タ ク ト は 、ΦB N=0.64 eV お よ び n=1.02 を 有 す る 良 好 な 整 流 性 を 示 し て い る 。ド ナ ー 濃 度 ND=5×10^{1 5} c m^{- 3}で の 鏡 像 力 効 果 に よ る シ ョ ッ ト キ ー 障 壁 の 低 下 は 、 ゼ ロ バ イ ア ス で 0.015 eV と 算 出 さ れ る た め 、 真 の ΦB N

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は 0.66 eV と 見 積 も ら れ 、ΦB Pは ほ ぼ 0 V と な る 。ま た 、400 お よ び 450^oC の PMA を 施 し た Pt Ge/ n -Ge の コ ン タ ク ト 特 性 も 図 3.2 に 示 す 特 性 と 同 様 で あ っ た 。

BLP を 行 っ た コ ン タ ク ト は 、 表 面 パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 無 の コ ン タ ク ト の 特 性 と 非 常 に 似 て お り 、 低 い リ ー ク 電 流 、~10⁶の 高 い オ ン オ フ 比 、0.64 eV の ΦB Nお よ び 1.02 の n を 示 し た 。こ こ で 、~10⁶の 高 い オ ン オ フ 比 は 、p⁺/ n 接 合 に 匹 敵 す る 特 性 で あ る[ 16]。 一 方 で 、MLP を 行 っ た コ ン タ ク ト の 逆 方 向 リ ー ク 電 流 は 、 BLP の そ れ よ り 4 桁 程 高 い 。 こ の 高 い リ ー ク 電 流 は 、GeO2 の 欠 如 に よ る IPの 増 加 が 原 因 で あ る 。 図 3.2（b） の 表 面 リ ー ク 電 流 は 、MOSFET の オ フ 時 の リ ー ク 電 流 と な る た め 、こ の 電 流 の 抑 制 が 重 要 と な る 。MLP を 行 っ た コ ン タ ク ト で は 極 め て 高 い 表 面 リ ー ク 電 流 を 示 す が 、BLP を 行 っ た コ ン タ ク ト で は 十 分 抑 制 さ れ て い る 。 ま た 、ECR ス パ ッ タ を 用 い て プ ラ ズ マ 酸 化 と Si O2 堆 積 し た Si O2/ GeO2 構 造 の パ ッ シ ベ ー シ ョ ン の 結 果 も 図 3.2 中 に 示 す[ 15]。 そ の 特 性 は 、 BLP と 同 じ Si O2/ GeO2構 造 を 使 用 し て い る に も 拘 わ ら ず 、BLP の そ れ よ り も は る か に 乏 し い 結 果 で あ っ た 。 従 っ て 、BL P 法 が 良 好 な パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 効 果 を 持 つ と 言 え る 。 図 3.3 は BLP を 行 っ た Pt Ge/ n -Ge コ ン タ ク ト に 於 け る ΦB Nお よ び n の PDA 温 度 依 存 性 を 示 す 。ΦB Nお よ び n は そ れ ぞ れ 0.636 -0.641 eV お よ び 1.01 -1.02 の 範 囲 に 保 た れ て お り 、逆 方 向 リ ー ク 電 流 は 良 く 抑 制 さ れ て い る 。以 上 の 結 果 よ り 、Pt Ge/ n -Ge コ ン タ ク ト の パ ッ シ ベ ー シ ョ ン 法 と し て は BLP 法 が 最 適 で あ り 、 そ の 特 性 は 400 -500^oC の 範 囲 の PMA お よ び PDA に 於 い て 維 持 さ れ る と 結 論 で き る 。

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図 3.2 種 々 の パ ッ シ ベ ー シ ョ ン を 施 し た Pt Ge/ n -Ge コ ン タ ク ト

（a） 縦 方 向 I-V 特 性 お よ び （b） 横 方 向 I-V 特 性.

図 3.3 BLP を 行 っ た Pt Ge/ n -Ge コ ン タ ク ト に 於 け る ΦB Nお よ び n の PDA 温 度 依 存 性.

350 400 450 500 1000

0.60 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65

 BN (eV)

PDA temperature (^oC) w/o passivation

0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10

ideality factor n