次世代ロジック半導体開発に貢献する、低コンタクト抵抗技術を共同開発産総研と東京都立大学

産業技術総合研究所（産総研）は2023年2月10日、2次元材料MoS₂と層状Sb₂Te₃のファンデルワールス界面形成による低コンタクト抵抗技術を、東京都立大学と共同で開発したと発表した。同技術は次世代ロジック半導体開発に大きく貢献するという。

2次元結晶構造を有する遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）は、1nm以下の原子層領域でも高導電性を保つことができることから、次世代トランジスタのチャネル材料として注目されている。

従来のTMDCトランジスタ開発では、タングステンやチタン、クロムなどの金属電極が用いられてきた。しかし、これらの金属電極とTMDCとの界面のコンタクト抵抗が高くなるため駆動電流が抑えられ、デバイス性能が向上しないことが知られていた。ビスマスなどの半金属をコンタクト材料として用いることでコンタクト抵抗が低減することが報告されているが、ビスマスは融点が低いために、耐熱性が要求される半導体製造工程への適用が難しいという問題があった。

今回の研究では、代表的なTMDCの一つである二硫化モリブデン（MoS₂）上に、層状物質三テルル化二アンチモン（Sb₂Te₃）を成膜することで、コンタクト抵抗を大幅に低減することに成功した。

スパッタリング法を用いて単層MoS₂上にSb₂Te₃を成膜。Sb₂Te₃／MoS₂の接触界面にファンデルワールス界面が形成されることを透過電子顕微鏡によって確認した。ファンデルワールス界面形成によるトランジスタ特性への影響を調べたところ、駆動電流量が大幅に向上し、コンタクト抵抗値が十分に低いことが確認できた。

また、Sb₂Te₃は高い熱安定性を有しているため、半導体製造工程においても十分な耐熱性を示すことが期待されるという。

今回の研究結果によって、MoS₂トランジスタでのコンタクト抵抗の課題を根本的に解決できる可能性があり、次世代ロジック半導体として期待されている2次元材料トランジスタの高性能化に大きく貢献するという。

今後は、n型とp型のTMDCトランジスタを直列につないだCMOSを作製することを目指す。今回開発したSb₂Te₃コンタクト技術は、n型MoS₂に対して最適な特性を示したが、p型TMDCには、別のコンタクト材料が必要となる。次世代ロジック半導体の実現に向けて、低コンタクト抵抗を有するTMDCによる次世代CMOSの開発を加速していく計画である。

次世代ロジック半導体開発に貢献する、低コンタクト抵抗技術を共同開発　産総研と東京都立大学