微細化世代に依存しないダメージフリー新規コンタクト/ビア形成技術の研究

• Project/Area Number: 13025203
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 須川 成利 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70321974)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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)
• 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: 半導体プロセス / エッチング / ゲート絶縁膜 / 低電子温度プラズマ / シリコン面方位 / 電子デバイス・機器 / システムオンチップ / 半導体超微細化 / マイクロ・ナノデバイス / プラズマ加工

Research Abstract

本研究の目的は、本特定領域研究で実現を目指す次世代ヒューマンインターフェースデバイス創製のための微細高密度デバイスを作成するプロセス、特に高密度多層配線を形成するためのダメージフリー新規コンタクト/ビア形成技術の開発、3次元構造を有する超高密度トランジスタの形成要素技術の開発を行うことである。
マイクロローディング効果とダメージのないエッチング技術の開発に関しては、まず、プラズマ励起と独立に基板側高周波印加条件を制御できる新規な2段シャワープレートマイクロ波励起高密度プラズマ装置を設計・製作した。これを用いてエッチングプロセスの研究を行い、マイクロ波電力によりプラズマ密度を、また高周波電力によりイオン照射エネルギーを独立に制御できることを確認した。さらに、プロセスガスを2段シャワープレートから拡散プラズマ領域に導入することによりプロセスガスの解離を制御しマイクロローディング効果とダメージのない微細ホールエッチングができることを実験的に明らかにした。また、あらゆる面方位のシリコンおよび各種酸化物の高品質酸化・窒化技術の開発に関しては、既開発のマイクロ波励起高密度低電子温度プラズマ装置を使用して、あらゆる面方位のシリコンに高品質・均一な酸化膜・窒化膜を形成できることを確認し、Kr/NH_3およびXe/NH_3ガスを同装置に導入してシリコンを直接窒化し、世界で初めて従来の熱酸化膜を上回る高品質なゲートSi_3N_4膜を形成することに成功した。このSi_3N_4膜を高誘電率ゲート絶縁膜に用いたトランジスタを作製し、(110)面方位シリコンを用いればトランジスタの電流駆動能力を大幅に向上できることを見出し、高性能で実用的な次世代90nm以降の微細化世代のトランジスタ構造を明らかにした。

Research Products

• [Publications] T.Goto, M.Hirayama, H.Yamauchi, M.Moriguchi, S.Sugawa, T.Ohmi: "A New Microwave-Excited Plasma Etching. Equipment for separating Plasma Excited Region from Etching Process Region"Japanese Journal of Applied Physics. 42Part1・4B. 1887-1891 (2003)
• [Publications] M.Komura, M.Higuchi, W.Cheng, I.Ohshima, A.Teramoto, M.Hirayama, S.Sugawa, T.Ohmi: "Very High Reliability of Ultrathin Silicon Nitride Gate Dielectric Film for sub-100nm Generation"Extended Abstract of the 2003 International Conferences on Solid State Devices and Materials. 2003. 452-453 (2003)
• [Publications] H.Tanaka, Z.Chuanjie, Y.Hayakawa, M.Hirayama, A.Teramoto, S.Sugawa, T.Ohmi: "High Quality Silicon Nitride Film Formed by Microwave-Excited Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition with Dual Gas Shower Head"Extended Abstract of the 2003 International Conferences on Solid State Devices and Materials. 2003. 736-737 (2003)
• [Publications] T.Goto, H.Yamauchi, T.Kato, M.Terasaki, A.Teramoto, M.Hirayama, S.Sugawa, T.Ohmi: "High-Speed Damage-Free Contact Hole Etching using Dual Shower Head Microwave-Excited High-Density Plasma Equipment"Extended Abstract of the 2003 International Conferences on Solid State Devices and Materials. 2003. 744-745 (2003)
• [Publications] A.Teramoto, T.Hamada, H.Akahori, K.Nii, T.Suwa, K.Kotani, M.Hirayama, S.Sugawa, T.Ohmi: "Low Noise Balanced-CMOS on Si(110) surface for Analog/Digital Mixed Signal Circuits"2003 International Electron Device Meeting, TECHNICAL DIGEST. 2003. 801-804 (2003)
• [Publications] T.Goto, M.Hirayama, H.Yamauchi, M.Moriguchi, S.Sugawa, T.Ohmi: "A New Microwave-Excited Plasma Etching Equipment for separating Plasma Excited Region from Etching Process Region"Japanese Journal of Applied Physics. (to be published). (2003)
• [Publications] Y.Saito, H.Takahashi, K.Ohtsubo, M.Hirayama, S.Sugawa, H.Aharoni, T.Ohmi: "Improved MOSFET Subthreshold Leakage Current by its Irradiation with Hydrogen Radicals Generated in Microwave-Exited High-Density Inert Gas Plasma"2001 IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings. 2001. 319-326 (2001)
• [Publications] H.Shimada, I.Ohshima, S.Nakao, M.Nakagawa, K.Kanemoto, M.Hirayama, S.Sugawa, T.Ohmi: "Low Resistivity bcc-Ta/TaNx Metal Gate MNSFET having Plane Gate Structure Featuring Fully Low-Temperature Processing below 450℃"2001 SYMPOSIUM ON VLSI TECHNOLOGY DIGEST OF TECHNICAL PAPERS. 2001. 67-68 (2001)
• [Publications] H.Shimada, I.Ohshima, T.Ushiki, S.Sugawa, T.Ohmi: "Tantalum Nitride Metal Gate FD-SOI CMOS FETs Using Low Resistivity Self-Grown bcc-Tantalum Layer"IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES. 48・8. 1619-1626 (2001)
• [Publications] K.Ohtsubo, Y.Saito, M.Hirayama, S.Sugawa, H.Aharoni, T.Ohmi: "Improved J-E Characteristics and Stress Induced Leakage Current (SILC) in Oxynitride Films Grown at 400℃ by Microwave-Exited High-Density Kr/O_2/NH_3 Plasma"Extend Abstracts of the 2001 International Conference on Solid State Device and Materials. 2001. 162-163 (2001)
• [Publications] N.Ueda, Y.Saito, M.Hirayama, Y.Yamauchi, S.Sugawa, T.Ohmi: "Highly Reliable MOS Trench Gate FET by Oxygen Radical Oxidation"Extend Abstracts of the 2001 International Conference on Solid State Device and Materials. 2001. 164-165 (2001)
• [Publications] S.Sugawa, I.Ohshima, H.Ishino, Y.Saito, M.Hirayama, T.Ohmi: "Advantage of Silicon Nitride Gate Insulator Transistor by using Microwave-Excited High-Density Plasma for applying 100nm Technology Node"2001 International Electron Device Meeting, TECHNICAL DIGEST. 2001. 817-820 (2001)