低温プロセスで高性能な多結晶酸化物半導体ナノシート、NAISTなどが開発

奈良先端科学技術大学院大学(NAIST)と、東京科学大学(科学大)は、化学反応を用いて薄膜を合成する原子層堆積(ALD)法を用い、高性能・高機能な多結晶酸化物半導体「ガリウム添加三酸化インジウム(poly-IGO)ナノシート」の開発成功を6月6日に共同発表。さらに、これをチャネルに用いた電界効果トランジスタ(FET)も開発した。

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  今回の研究の概略図。FETのチャネル材料として多結晶酸化物半導体に着目し、IGO結晶が設計された。ALD法で高品質のpoly-IGOナノシートを合成し、FETのチャネル層への適用が行われた
  (出所:共同ニュースリリースPDF)

同成果は、NAIST 先端科学技術研究科 物質創成科学領域の髙橋崇典助教、同・浦岡行治教授、科学大 工学院 電気電子系の角嶋邦之准教授、同・星井拓也助教、出光興産の共同研究チームによるもの。詳細は、6月12日まで京都で開催中のVLSI技術と回路に関する国際会議「2025 VLSI SYMPOSIUM」にて口頭発表される予定だ(発表日は12日)。

現代の情報社会を支える半導体チップには、高性能化と同時に小型化・低消費電力化が求められている。このニーズに応えるべく、近年は半導体チップの後工程(BEOL)で高機能な半導体回路やメモリを三次元方向に積層する技術開発が進む。そのためには、400度程度の低温プロセスで高性能な半導体材料を合成し、それを用いたFETの作製技術が不可欠となる。

In2O3、酸化亜鉛(ZnO)、IGZO(In-Ga-Zn-O)といった酸化物半導体は、比較的低温での高い性能と、小さい漏れ電流を特長とする。これらは従来のディスプレイ分野に加え、次世代半導体デバイスの有力材料として注目を集める。しかし、一般的な非晶質構造を持つ酸化物半導体では、膜厚を薄くすると電子移動度が低下し、FETの性能が十分に発揮できないという課題があった。

そこで研究チームは今回、より高い性能(高い電子移動度)を発揮できる可能性を秘めた多結晶構造を持つIGOに注目することにした。