超高速・超微細・低消費電力ビームチャネル型CMOSトランジスタの開発

• Project/Area Number: 13025232
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 角南 英夫 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 教授 (10311804)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 芝原 健太郎 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 助教授 (50274139)
• Project Period (FY): 2001 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥42,100,000 (Direct Cost: ¥42,100,000); Fiscal Year 2003: ¥14,000,000 (Direct Cost: ¥14,000,000); Fiscal Year 2002: ¥14,000,000 (Direct Cost: ¥14,000,000); Fiscal Year 2001: ¥14,100,000 (Direct Cost: ¥14,100,000)
• Keywords: ビームチャネル / フィールド・シールド / 多結晶シリコン埋め込み / 増速酸化 / TMAH / SOI / 自己整合 / CMOS / 側壁トランジスタ / ハンプ電流 / 異方性エッチング / アスペクト比

Research Abstract

本研究はSiのビーム(梁)にまたがったゲートにより、二本のビームの側壁の一方をnチャネル、他方をpチャネルとした立体的なCMOSトランジスタを実現することを目的としている。このため、下記の(1)-(3)の課題を実現し、(4)のCMOS試作に取りかかっている。
(1)フィールドシールド素子分離構造の実現:
梁の上端エッジ部で電界が集中し、サブスレッショルド領域が劣化する現象を抑制するため、高濃度の不純物による増速酸化を利用し、埋め込んだ多結晶Si上に自己整合でシリコン酸化膜を形成する方法を考案した。これにより劣化現象を抑制できた。
(2)2μmチャネル長・櫛形チャネルnMOSトランジスタの実現:
TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide)を用いた異方性エッチングにより、高さ1μm、幅50nmの垂直のビームを複数備えたnチャネル櫛形チャネルトランジスタを実現した。2μm実効チャネル長、31本ビームの時、同平面面積トランジスタの5倍の駆動電流を実現した。
(3)0.2μmチャネル長・ビームnMOSチャネルトランジスタの実現:
SOI(Silicon-On-Insulator)基板上に、高さ1μm、幅50nmのビームをドライエッチングで形成した。また、多結晶Siゲートを増速酸化による自己整合酸化膜で覆う技術を開発し、0.2μm実効チャネル長のnチャネル・トランジスタを動作させた。
(4)0.05μmチャネル長・ビームチャネルCMOSトランジスタの試作:
以上の技術を総合し、0.05μmチャネル長・ビームチャネルCMOSトランジスタの総合プロセスを構築し、試作を行っている。

Research Products

• [Publications] T.Furukawa: "A Proposal of Corrugated-Channel Transistor (CC) with Vertically-Formed Channels for Area-Conscious Applications"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 2067-2072 (2003)
• [Publications] A.Takase: "Field-Shield Trench Isolation with Self-Aligned Field Oxide"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 2100-2105 (2003)
• [Publications] H.Sunami: "A three-dimensional MOS transistor formation technique with crystal-lographic orientation-dependent TMAH etchant"Sensors and Actuators. A111. 310-316 (2004)
• [Publications] A.Katakami: "A High-Aspect Ratio Silicon Gate Formation Technique for Beam-Channel MOS Transistor with Impurity-Enhanced Oxidation"Jpn.J.Appl.Phys.. 43(印刷中). (2004)
• [Publications] A.Katakami: "High-Aspect Ratio Gate Formation of Beam-Channel MOS Transistor with Impurity-Enhanced Oxidation of Silicon Gate"Ext.Abstract of International Symposium on Solid-State Devices and Materials. D-5-2. 282-283 (2003)
• [Publications] H.Sunami: "Orientation-Dependent Anisotropic TMAH Etchant Applied to 3-D Silicon Nanostructure Formation"Proc. Pacific Rim workshop on Transducers and Micro/nano Technologies. 367-372 (2002)
• [Publications] A.Takase: "Field-Shield Trench Isolation with Self-Aligned Field Oxide"Ext. Abs. Of International Symp. on Solid State Devices and Materials. A-3-2. 694-695 (2002)
• [Publications] T.Furukawa: "Corrugated-Channel Transistor (CCT) for Area-Conscious Applications"Ext. Abs. Of International Symp. on Solid State Devices and Materials. A-3-2. 139-140 (2002)
• [Publications] A.Takase: "Field-Shield Trench Isolation with Self-Aligned Field Oxide"Jap. J. Appl. Phys.. 42,4-B(In press). (2003)
• [Publications] T.Furukawa: "A Corrugated-Channel Transistor (CCT) with Vertically-Formed Channels for Area-Conscious Applications"Jap. J. Appl. Phys.. 42,4-B(In press). (2003)
• [Publications] H.Sunami: "Fundamental Characteristics of Crystallographic Orientation-Dependent TMAH Etching and Its Application To Three-Dimensional Silicon"Sensors and Actuators A : Physical. NA(In press). (2003)
• [Publications] 古川智康: "高い電流駆動能力を実現するBeam-Channel MOSFETの特性評"2002年春季応用物理学関係連合講演会講演予稿集. (印刷中). (2002)
• [Publications] 角南英夫: "将来の集積回路デバイスの供えるべき特質"2002年春季応用物理学関係連合講演会講演予稿集. (印刷中). (2002)