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【IEDM】Ge通道MOS场效应管，提高载流子迁移率的技术纷纷发表

DATE	2007/12/19

　　【日经BP社报道】

东京大学提出的Ge MOS FET。

东京大学制作的Ge nMOS FET的特性

斯坦福大学提出的Ge MOS FET的制作工艺

与（100）面相比，（111）面的迁移率提高了1.5倍

　　在“2007 IEDM”的最后一天（12月12日），多个研究机构集中报告了作为提高CMOS性能的技术而备受期待的Ge通道MOS场效应管。

　　在采用Ge底板的MOS场效应管中，通过采用GeO_xN_y/Ge或GeO₂/Ge界面，可提高载流子迁移率。尤其是针对此前nMOS场效应管中存在的载流子迁移率较低问题，此次通过改进源极结（Source Junction）和面方位，大幅提高了nMOS场效应管性能。报告此内容的是如下两个研究小组：东京大学教授鸟海明的研究小组（“Proof of Ge-Interfacing Concepts for Metal/High-k/Ge CMOS -Ge-intimate Material Selection and Interface Conscious Process Flow-”：演讲序号27.6”）和美国斯坦福大学（“Interface-Engineered Ge (100) and (111), N- and P-FETs with High Mobility”：演讲序号28.6）。

通过GeO_xN_y/Ge和GeO₂/Ge界面验证高迁移率

　　东京大学利用通过FUSI（Fully Silicided，完全硅化反应）栅极保护溅度GeO₂膜然后退火的方法形成界面，最终制成带有金属源漏极的pMOS场效应管和nMOS场效应管。金属源漏极构造具有如下特点：对于nMOS场效应管，在金属和Ge之间插入薄薄的GeO₂，然后便可消除Ge表面的飞米能级钉扎（Fermi Level Pinning）；对于电子反转层，可实现接近欧姆级别的结合。通过pMOS场效应管，获得了265cm²/Vs（寄生电阻补偿后为367cm²/Vs）的载流子迁移率；通过nMOS场效应管，获得了270cm²/Vs的载流子迁移率。

　　斯坦福大学报告了如下内容：在使用GeO_xN_y/Ge的nMOS场效应管中，通过使用（111）面Ge，估计可将迁移率提高至（100）面的1.5倍。不过，与硅nMOS场效应管的迁移率相比还比较低。由于（100）面的pMOS场效应管迁移率优于（111）面，与硅相比提高了2倍左右。另外，通过利用低温臭氧氧化效应，有望进一步提高界面态（Interface State）。

栅极长60mm的元件亮相

　　此外，日本半导体MIRAI项目发布了如下内容：使用金属源漏极的栅极长60mm的Ge pMOS场效应管的元件特性（“High Performance 60nm Gate Length Germanium p-MOSFETs with Ni Germanide Metal Source/Drain”：演讲序号34.7）。

　　通过对Ge表面实施硅钝化（Passivation），利用长通道将载流子迁移率提高了1.8倍、利用60nm的栅极长实现了饱和速度的85％的平均空穴速度。通过向底板掺入杂质，可降低短通道效应、控制阈值，在迄今为止报告的Ge MOS场效应管中，属于最短通道。

抑制结漏电流的方法

　　另一方面，Ge MOS场效应管的重大课题之一是减小结漏电流（Junction Leak Current）。与此相关，美国Sematech公司作了有关pMOS场效应管的电气特性的如下报告：作为可减小结漏电流的构造，在硅底板上选择生成极薄的SiGe层，然后将其作为量子阱结构（Quantum Well Structure）的pMOS场效应管的电气特性（“Demonstration of High Performance PMOSFETs Using Si/SixGe1-x/Si Quantum Wells with High-k/Metal Gate Stacks and Uniaxial Strain Additivity for 22 nm Technology and Beyond”：演讲序号28.7）

　　通过在10μm×10μm以下的元件范围内，选择生成4nm左右的极薄SiGe层（Ge浓度为45％、70％），可减少由于与硅的点阵常数（Lattice Constant）的不同而产生的结晶缺陷和位错。载流子迁移率提高了3倍左右，结漏电流几乎没有增大。（特约撰稿人：东京大学研究生院工程学研究系电子工程学专业　高木信一）

■日文原文
【IEDM続報】GeチャネルMOS FET，キャリヤ移動度向上策が続々と

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