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(In Japanese)ゲルマニウム層上に酸化ゲルマニウムを含む膜を備える半導体構造およびその製造方法

Patent code P170014239
File No. AF15-07WO
Posted date Jun 23, 2017
Application number P2015-534036
Patent number P6133991
Date of filing Jun 6, 2014
Date of registration Apr 28, 2017
International application number JP2014065144
International publication number WO2015029535
Date of international filing Jun 6, 2014
Date of international publication Mar 5, 2015
Priority data
  • P2013-179912 (Aug 30, 2013) JP
  • P2013-195887 (Sep 20, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)鳥海 明
  • (In Japanese)田畑 俊行
  • (In Japanese)李 忠賢
  • (In Japanese)西村 知紀
  • (In Japanese)魯 辞莽
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)ゲルマニウム層上に酸化ゲルマニウムを含む膜を備える半導体構造およびその製造方法
Abstract (In Japanese)本発明は、ゲルマニウム層30と、前記ゲルマニウム層30の上面に形成され、酸化ゲルマニウムと酸化ゲルマニウムより酸素ポテンシャルが低い物質とを主に含む第1絶縁膜32と、を具備し、前記ゲルマニウム層30の上面の1μm平方内の高さ頻度の半値幅は0.7nm以下である半導体構造である。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

ゲルマニウム(Ge)は、シリコン(Si)に比べ優れた電子物性を有する半導体である。ゲルマニウムを半導体層としたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が知られている(例えば非特許文献1、2)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、半導体構造およびその製造方法に関し、ゲルマニウム層上に酸化ゲルマニウムを含む膜を備える半導体構造およびその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
ゲルマニウム層と、
前記ゲルマニウム層の上面に形成され、酸化ゲルマニウムと、アルカリ土類元素、希土類元素およびアルミニウムの少なくとも1つの酸化物と、からなり、物理膜厚が3nm以下の第1絶縁膜と、
を具備し、
前記ゲルマニウム層と前記第1絶縁膜との界面における前記第1絶縁膜内の前記アルカリ土類元素、希土類元素およびアルミニウムの少なくとも1つの元素の前記少なくとも1つの元素とゲルマニウムとの和に対する原子組成比は10%以上かつ30%以下であることを特徴とする半導体構造。

【請求項2】
 
アルカリ土類元素、希土類元素およびアルミニウムの少なくとも1つは、イットリウム、スカンジウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムの少なくとも1つの金属であることを特徴とする請求項1記載の半導体構造。

【請求項3】
 
前記第1絶縁膜は、酸化ゲルマニウムと、酸化イットリウムおよび酸化スカンジウムの少なくとも1つと、からなることを特徴とする請求項1記載の半導体構造。

【請求項4】
 
ゲルマニウム層と、
前記ゲルマニウム層の上面に形成され、酸化ゲルマニウムと、酸化ゲルマニウムと、酸化イットリウムおよび酸化スカンジウムの少なくとも1つと、からなり、物理膜厚が3nm以下の第1絶縁膜と、
を具備し、
前記ゲルマニウム層と前記第1絶縁膜との界面における前記第1絶縁膜内のイットリウムおよびスカンジウムの少なくとも1つの元素の前記少なくとも1つの元素とゲルマニウムとの和に対する原子組成比は6%以上かつ30%以下であることを特徴とする半導体構造。

【請求項5】
 
前記第1絶縁膜は、酸化ゲルマニウムと酸化イットリウムとからなることを特徴とする請求項1または4記載の半導体構造。

【請求項6】
 
前記第1絶縁膜上に形成された酸化シリコンより誘電率の高い第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を具備することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の半導体構造。

【請求項7】
 
前記第1絶縁膜上に酸化シリコン膜より誘電率の高い第2絶縁膜を介さず形成されたゲート電極を具備することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の半導体構造。

【請求項8】
 
ゲルマニウム層と、
前記ゲルマニウム層の上面に形成され、酸化ゲルマニウムと酸化ゲルマニウムより酸素ポテンシャルが低い物質とからなり、物理膜厚が3nm以下の第1絶縁膜と、
を具備し、
前記ゲルマニウム層の上面の1μm平方内の高さ頻度の半値幅は0.7nm以下であり、
前記物質は、窒化ゲルマニウム、または前記ゲルマニウム層と前記第1絶縁膜との界面におけるイットリウムとスカンジウムとの少なくとも一方の元素の前記少なくとも一方の元素とゲルマニウムとの和に対する原子組成比は10%以上かつ30%以下である酸化イットリウムおよび酸化スカンジウムの少なくとも一方であることを特徴とする半導体構造。

【請求項9】
 
前記物質は、窒化ゲルマニウムであることを特徴とする請求項8記載の半導体構造。

【請求項10】
 
前記第1絶縁膜上に形成された金属層を具備することを特徴とする請求項8または9記載の半導体構造。

【請求項11】
 
前記第1絶縁膜と前記金属層との間に形成された前記第1絶縁膜とは組成の異なる第2絶縁膜を具備することを特徴とする請求項10記載の半導体構造。

【請求項12】
 
前記半値幅は、0.5nm以下であることを特徴とする請求項8から11のいずれか一項記載の半導体構造。

【請求項13】
 
ゲルマニウム層上に酸化ゲルマニウムと酸化ゲルマニウムより酸素ポテンシャルが低い物質とを主に含み、物理膜厚が3nm以下の第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜を、酸化性ガス雰囲気、室温でのガスの圧力が大気圧より大きくなるような圧力、および前記第1絶縁膜を形成するときの温度より高い熱処理温度において熱処理する工程と、
を含むことを特徴とする半導体構造の製造方法。

【請求項14】
 
前記物質は、酸化イットリウム、酸化スカンジウムおよび酸化アルミニウムの少なくとも1つを主に含み、
前記第1絶縁膜におけるイットリウム、スカンジウムおよびアルミニウムの少なくとも1つの元素の前記少なくとも1つの元素とゲルマニウムとの和に対する原子組成比は10%以上かつ30%以下であることを特徴とする請求項13記載の半導体構造の製造方法。

【請求項15】
 
前記第1絶縁膜上に前記第1絶縁膜とは組成の異なる第2絶縁膜を形成する工程を含み、
前記熱処理する工程は、前記第2絶縁膜を形成した後に行なうことを特徴とする請求項13または14記載の半導体構造の製造方法。

【請求項16】
 
前記酸化性ガス雰囲気は酸素ガス雰囲気であることを特徴とする請求項13から15のいずれか一項記載の半導体構造の製造方法。

【請求項17】
 
ゲルマニウム層上に酸化ゲルマニウムと酸化ゲルマニウムより酸素ポテンシャルが低い物質とを主に含む第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜を、酸化性ガス雰囲気、室温でのガスの圧力が大気圧より大きくなるような圧力、および前記第1絶縁膜を形成するときの温度より高い熱処理温度において熱処理する工程と、
を含み、
前記熱処理する工程後の前記ゲルマニウム層の上面の1μm平方内の高さ頻度の半値幅は0.7nm以下であることを特徴とする半導体構造の製造方法。

【請求項18】
 
ゲルマニウム層上に酸化ゲルマニウムと酸化ゲルマニウムより酸素ポテンシャルが低い物質とを主に含む第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜を、酸化性ガス雰囲気、室温でのガスの圧力が大気圧より大きくなるような圧力、および前記第1絶縁膜を形成するときの温度より高い熱処理温度において熱処理する工程と、
を含み、
前記圧力は、前記ゲルマニウム層の上面が平坦化される圧力であることを特徴とする半導体構造の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015534036thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) CREST Research of Innovative Material and Process for Creation of Next-generation Electronics Devices AREA
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