気体分離配線構造を有するTaゲート金属基板SOI超高速超微細LSIの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305020
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大見 忠弘 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20016463)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 昌樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70250701) ; 小谷 光司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20250699) ; 須川 成利 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70321974)
• Keywords: LSI / SOI / 気体分離配線 / BPSG / 無水HF / 銅配線 / 金属基板

Research Abstract

本研究は、半導体集積回路の超高速化・低消費電力化を計る上で理想的なデバイス構造およびプロセス、材料を研究開発することにより、従来1GHzが上限と考えられていた集積回路の動作周波数を20GHz程度まで高速化した極限超高速超高集積ギガスケールインテグレーション技術を確立することを目的とする。本年度は、本目的を達成するための基盤となる気体分離配線構造、超微細コンタクト・ビアーホールへの銅穴埋め技術、並びに高性能タンタルゲート金属基板SOIMOSトランジスタの開発を行った。
気体分離配線構造は、多層配線間をBPSG(ボロンと燐を含むシリコン酸化膜)絶縁膜で充填したLSIを作成した後、不活性ガス中に無水HFガスを少量添加したガスに晒すことにより配線間のBPSGを選択的に除去することにより形成する。水分を徹底的に排除したArガス中に無水HFガスを1%程度添加し、基板温度を100〜120℃に加熱すると、BPSGのみ選択的にエッチング除去されることが判明した。BPSGのエッチングレートは数100nm/minと高速で、量産にも十分に対応できる。このとき、ボロンや燐を含まない熱酸化膜を含む他のLSI構成物質は全くエッチングされない。従って、理想的な気体分離配線構造を実現できる可能性が濃厚であり、次年度は、本技術を用いて実際に銅の多層配線を有する気体分離配線構造を作成して評価を行う予定である。
配線と配線間を結ぶ超微細ビアーを実現するには、超微細ビアーホールへの銅穴埋め技術が不可欠となる。本年度は、微細ホールへの穴埋めで実績のあるロングスローマルチカソード(LTS)スパッタ技術と我々が開発したバランスとエレクトロンドリフト(BED)プラズマ生成技術を融合させた装置を世界に先駆けて開発し、大量のイオン照射を行いながら基板にほぼ垂直にスパッタされた銅原子を入射させて微細穴埋めを行う研究を行った。まだ条件の最適化は完了していないが、イオン照射のアシストにより穴埋め特性が改善することが明らかになっている。

Research Products

• [Publications] 大見忠弘: "高性能ポリシリコントランジスタの低温製造技術"第61回応用物理学会学術講演会予稿集. O. 53-57 (2000)
• [Publications] Takeo Ushiki: "Chemical Reaction Concerns of Gate Metal with Gate Dielectric in Ta Gate MOS Devices"IEEE Transactions on Electron Devices. 47・11. 2201-2207 (2000)
• [Publications] Yukio Tamai: "Influence of substrate dopant concentration on electrical properties and residual defects in pn junction formed by low-temperature post-implantation annealing"Japanese Journal of Applied Physics. 87・7. 3488-3496 (2000)
• [Publications] Takahiro Yamaguchi: "Extraction of Peak-to-Peak and RMS Sinusoidal Jitter Using an Analytic Signal Method"Proceedings of the 18^<th> IEEE VLSI Test Symposium. 395-402 (2000)
• [Publications] Kunkul Ryoo: "Analysis of Epitaxy of Polysilicon Films on Silicon (100) Wafers Deposited with Enlarged Microwave Plasma"Journal of The Electrochemical Society. 147・10. 3859-3863 (2000)
• [Publications] Takeo Ushiki: "Effect of Starting SOI Material Quality on Low-Frequency Noise Characteristics in Partially Depleted Floating-Body SOI MOSFETs"IEEE Electron Device Letters. 21・12. 610-612 (2000)