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金属基板SOI・メタルゲート高誘電率絶縁膜CMOS超高速集積回路の研究

研究課題

研究課題/領域番号 05402039
研究種目

一般研究(A)

配分区分補助金
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関東北大学

研究代表者

大見 忠弘  東北大学, 工学部, 教授 (20016463)

研究分担者 森田 瑞穂  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (50157905)
柴田 直  東北大学, 工学部, 助教授 (00187402)
研究期間 (年度) 1993 – 1994
研究課題ステータス 完了 (1994年度)
配分額 *注記
36,000千円 (直接経費: 36,000千円)
1994年度: 16,200千円 (直接経費: 16,200千円)
1993年度: 19,800千円 (直接経費: 19,800千円)
キーワードメタルゲート電極 / 高誘電率ゲート絶縁膜 / 金属基板 / コンタクト抵抗 / 銅配線 / SOIMOSEFT / 閾値 / SOIデバイス / CMOS / メタルゲート / 高誘電率絶縁膜 / 超高速LSI / 低抵抗コンタクト / タンタルゲート / SOI / メタルゲートMOS / 超LSI / 高誘電体膜 / コンタクト / イオンビームミキシング
研究概要

本研究課題であるメタルゲート電極・高誘電率ゲート絶縁膜を有する金属基板SOICMOSにおいて、デバイスシミュレーションを駆使して、その最適構造を求めた。その結果、ソース/ドレイン直下の基板不純物濃度を高くすることで、チャネル長0.1μm以下のデバイスおいても短チャネル効果が抑制できることを見いだした。また、低不純物濃度のSOI層を膜厚10nm程度にし、タンタル酸化膜をゲート絶縁膜とすることにより、大電流駆動能力を持つ微細デバイスが実現可能であることを明確にした。大電流駆動能力デバイス実現には、寄生抵抗を極限まで低減する必要性があり、この寄生抵抗を低減する手段として、ソース/ドレイン電極をサイドコンタクト構造にすることを提案した。この構造実現には、低抵抗コンタクト形成技術及び低抵抗銅配線技術が非常に重要になる。
シリコンのキャップ層を導入した新しいメタル/シリコンコンタクト形成技術を開発し、従来技術に比べ約2桁も低いコンタクト抵抗値10^<-9>Ωcm^2を達成した。また、低抵抗金属の銅を低イオンエネルギ照射プロセスにより成膜し、イオン照射エネルギ制御とポストアニール処理による銅薄膜の巨大グレイン化に成功し、高信頼性銅配線技術を確立した。さらに、微細デバイス作製にあたり、不純物の再拡散を抑える上で非常に重要なプロセス技術であるトータル低温化プロセス:低温酸化プロセス技術・低温薄膜成長技術・低温活性化アニール技術・低温リフロー技術等を確立した。
電源電圧1VでのSOIMOSEFTの閾値は、ゲート材料の仕事関数により制御することが必須であり、シリコンのバンドギャップ中央に仕事関数を持つ金属材料であるタンタルをゲート電極材料として、実際にSOIMOSEFTを作製し、要求されるn型及びp型MOSEFTの閾値を実現できることを実証した。

報告書

(3件)
  • 1994 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1993 実績報告書
  • 研究成果

    (86件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (86件)

  • [文献書誌] T.Ohmi: "Advanced Scientific Semiconductor Processing Based on High-Precision Controlled low-Energy Ion Bombardmcnt" Thin Solid Firms. 241. 159-166 (1993)

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  • [文献書誌] T.Ohmi: "Scientific Semiconductor Manufacturing Based on Ultraclean Processing Concept" Proceeding,international Conference on Advanced Microelectronics Devices and Processing. 3-22 (1994)

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  • [文献書誌] T.Ohmi: "Trend for Future Silicon Technology" Digest of Papers,MicroProcess '94. 48-49 (1994)

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  • [文献書誌] T.Ohmi: "Trend for Future Silicon Technology" Proceeding,1994 International Electron Devices and Materials Symposium. 039-0312 (1994)

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  • [文献書誌] T.Ohmi: "Trends for Future Silicon Technology" Jpn.J.Appl.Phys.33. 6747-6755 (1994)

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  • [文献書誌] T.Hoshi: "Accelerated Electromigration Testing of Giant-Grain Copper Interconnects under Extremely Large Current Stress" Extended Abstracts,1993 International Conference on Solid State Devices and Materials. 561-563 (1993)

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  • [文献書誌] H.Yamada: "Evaluation of Electromigration and Stressmigration Reliablities of Copper Interconnects by a Simple Pulsed-Current Stressing Technique" Technical Digest,1993 International Electron Devices Meeting. 269-272 (1993)

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  • [文献書誌] T.Takewaki: "High Performance Giant-Grain Copper Metallization for High Reliability and High Speed ULSI Interconnects" Proceeding,International Conference on Advanced Microelectronics Devices and Processing. 489-494 (1994)

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  • [文献書誌] T.Takewaki: "Migration Reliability Testing of Giant-Grain Copper Interconnects by a Pulsed-Current Stressing Technique" Technical Report of IEICE,Workshop on Process and Devices of Scaled LSI's. 79-84 (1994)

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  • [文献書誌] M.Hirayama: "Low-Temperature Silicon Epitaxy by Precisely Controlled Plasma Processing" Technical Report of IEICE,Workshop on Process and Devices of Scaled LSI's. 152-157 (1993)

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  • [文献書誌] M.Hirayama: "Impact of High-Precision RF-Plasma Control on Very-Low-Temperature Silicon Epitaxy" Extended Abstracts,1993 International Conference on Solid State Devices and Materials. 210-212 (1993)

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  • [文献書誌] W.Shindo: "Low Temperature Silicon Epitaxy Technology Using a Low-Energy Ion Bombardment Process" Proceeding,International Conference on Advanced Microelectronics Devices and Processing. 441-444 (1994)

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  • [文献書誌] M.Hirayama: "Impact of High-Precision RF-Plasma Control on Very-Low-Temperature Silicon Epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.33. 2272-2275 (1994)

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  • [文献書誌] W.Shindo: "Abrupt and Arditrary Profile Formation in Silicon Using a Low-Kinetic-Energy Ion Bombardment Process" Extended Abstracts,1994 International Conference on Solid State Devices and Materials. 691-693 (1994)

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  • [文献書誌] M.Hirayama: "Formation of Abrupt Carrier Profile in Epitaxial Silicon Film by Low-Energy Bombardment Process" Extended Abstracts,186th Electrochemical Society Meeting. 642-643 (1994)

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  • [文献書誌] W.Shindo: "Abrupt and Arbitrary Profile Formation in Silicon Using a Low-Kinetic-Energy Ion Bombardment Process" Jpn.J.Appl.Phys.34. 800-803 (1995)

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  • [文献書誌] K.Tomita: "Eliminating Metal-Sputter Contamination in Ion Implanter for Low Reverse-Bias Current,450℃-Annealed Junctions" Extended Abstracts,184th Electrochemical Society Meeting. 461-461 (1993)

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  • [文献書誌] K.Tomita: "Formation of Ultra Shallow n^+p Junctions Annealed at 450℃ Using an Ultra Clean Ion Implantation Technology" Proceeding,International Conference on Advanced Microelectronics Devices and Processing. 507-512 (1994)

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  • [文献書誌] M.M.Oka: "Low Reverse-Bias Current n^+p-Junction Formation by 450℃ Furnace Annealing" Technical Report of IEICE,Warkshop on Process and Devices of Scaled LSI's. 35-41 (1994)

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  • [文献書誌] M.M.Oka: "Reducing the Reverse-Bias Current in 450℃-Annealed n^+p Junction by Hydrogen Radical Sintering" Extended Abstracts,1994 International Conference on Solid State Devices and Materials. 742-744 (1994)

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  • [文献書誌] A.Nakada: "Lifetime Enhancement in Low-Temperature-Annealed Ion-Implanted Junctions by Hydrogen Radical Sintering" Extended Abstracts,186th Electrochemical Society Meeting. 651-651 (1994)

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  • [文献書誌] M.M.Oka: "Reducing Reverse-Bias Current in 450℃-Annealed n^+p Junction by Hydrogen Radical Sintering" Jpn.J.Appl.Phys.34. 796-799 (1995)

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  • [文献書誌] N.Konishi: "Application of Dual-Frequency-Excitation Plasma Processing Equipment to High-Integrity ULSI Fabrication Processes" Proceeding,International Conference on Advanced Microelectronics Devices and Processing. 513-516 (1994)

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  • [文献書誌] Y.Kawai: "Ultra-Low-Temperature Growth of High-Integrity Gate Oxide Films by Low-Energy Ion-Assisted Oxidation" Applied Physics Letters. 64. 2223-2225 (1994)

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  • [文献書誌] Y.Kawai: "Ultra-Low-Temperature Growth of High-Integrity Gate Oxide Films by Low-Energy Ion-Assisted Oxidation" Extended Abstracts,185th Electrochemical Society Meeting. 404-405 (1994)

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  • [文献書誌] J.Watanabe: "Ultra-Low-Temperature Growth of High-Integrity Thin Gate Oxide Films by Low-Energy Ion-Assisted Oxidation" Extended Abstracts,1994 International Conference on Solid State Devices and Materials. 649-651 (1994)

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  • [文献書誌] O.Tatsumi: "Ion-Assisted Low-Temperature Surface Reflow of BPSG for Highly-Reliable Contact Metallization" Extended Abstracts,1994 International Conference on Solid State Devices and Materials. 931-933 (1994)

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  • [文献書誌] K.Yamada: "Silicon-Capping Silicidation Technology for Ultra-Low Contact Resistance Metallization" Proceeding,International Conference on Advanced Microelectronics Devices and Processing. 504-506 (1994)

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  • [文献書誌] K.Yamada: "Ultra-Low Contact Resistance Metallization by A Silicidation Technology Employing A Silicon Capping Layer for Protection ageinst Contamination" Digest of Technical Papers,1994 Symposium on VLSI Technology. (1994)

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  • [文献書誌] K.Yamada: "Formation of Metal Silicide-Silicon Contact with Ultralow Contact Resistance by Silicon-Capping Silicidation Technique" Applied Physics Letters. 64. 3449-3451 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Morita: "Thin Gate Oxide for Ultra Small Device" Proceeding,International Conference on Advanced Microelectronics Devices and Processing. 397-402 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Morita: "Dopant-Free Channel Transistor with Punchthrough Control Region Under Source and Drain" Jpn.J.Appl.Phys.33. L1066-L1069 (1994)

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  • [文献書誌] T.Ohmi and T.Shibata: "Advanced Scientific Semiconductor Processing Based on High-Precision Controlled Low-Energy Ion Bombardment" Thin Solid Firms. Vol.241. 159-166 (1993)

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  • [文献書誌] T.Ohmi: "Scientific Semiconductor Manufacturing Based on Ultraclean Processing Concept" Proceeding, International Conference on AMDP (Advanced Microelectronics Devices and Processing), Sendai. March. 3-22 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ohmi: "Trend for Future Silicon Technology" Digest of Papers, MicroProcess '94 (The 7th International MicroProcess Conference). Taiwan, July. 48-49 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ohmi: "Trend for Future Silicon Technology" Proceeding, 1994 International Electron Devices and Materials Symposium. Taiwan, July. 039-0312 (1994)

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  • [文献書誌] T.Ohmi: "Trends for Future Silicon Technology" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.33, Part 1, No.12B,December. 6747-6755 (1994)

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  • [文献書誌] T.Hoshi, H.Yamada, T.Takewaki, T.Shibata, T.Ohmi and T.Nitta: "Accelerated Electromigration Testing of Giant-Grain Copper Interconnects under Extremely Large Current Stress" Extended Abstracts, 1993 International Conference on Solid State Devices and Materials, Chiba. August. 561-563 (1993)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yamada, T.Hoshi, T.Takewaki, T.Shibata and T.Ohmi: "Evaluation of Electromigration and Stressmigration Reliabilities of Copper Interconnects by a Simple Pulsed-Current Stressing Technique" Technical Digest, International Electron Devices Meeting 1993, Washington, DC. December. 269-272 (1993)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Takewaki, H.Yamada, T.Ohmi, T.Shibata and T.Nitta: "High Performance Giant-Grain Copper Metallization for High reliability and High Speed ULSI Interconnects" Proceeding, International Conference on AMDP (Advanced Microelectronics Devices and Processing), Sendai. March. 489-494 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Takewaki, H.Yamada, T.Shibata T.Ohmi, and T.Nitta: "Migration Reliability Testing of Giant-Grain Copper Interconnects by a Pulsed-Current Stressing Technique" Technical Report of IEICE,Workshop on Process and Devices of Scaled LSI's. SDM94-56, July. 79-84 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Hirayama, W.Shindo and T.Ohmi: "Low-Temperature Silicon Epitaxy by Precisely Controlled Plasma Processing" Technical Report of IEICE,Workshop on Process and Devices of Scaled LSI's, Soul. June. 152-157 (1993)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Hirayama, W.Shindo and T.Ohmi: "Impact of High-Precision RF-Plasma Control on Very-Low-Temperature Silicon Epitaxy" Extended Abstracts, 1993 International Conference on Solid State Devices and Materials, Chiba. August. 210-212 (1993)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] W.Shindo, M.Hirayama and T.Ohmi: "Low Temperature Silicon Epitaxy Technology Using a Low-Energy Ion Bombardment Process" Proceeding, International Conference on AMDP (Advanced Microelectronics Devices and Processing), Sendai. March. 441-444 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Hirayama, W.Shindo and T.Ohmi: "Impact of High-Precision RF-Plasma Control on Very-Low-Temperature Silicon Epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.33, No.4B,April. 2272-2275 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] W.Shindo, M.Hirayama and T.Ohmi: "Abrupt and Arbitrary Profile Formation in Silicon Using a Low-Kinetic-Energy Ion Bombardment Process" Extended Abstracts, 1994 International Conference on Solid State Devices and Materials, Yokohama. August. 691-693 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Hirayama, W.Shindo and T.Ohmi: "Formation of Abrupt Carrier Profile in Epitaxial Silicon Film by Low-Energy Bombardment Process" Extended Abstracts, 186th Electrochemical Society Meeting, Florida, Abstract No.417. October. 642-643 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] W.Shindo, M.Hirayama and T.Ohmi: "Abrupt and Arbitrary Profile Formation in Silicon Using a Low-Kinetic-Energy Ion Bombardment Process" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34, Part 1, No.2B,February. 800-803 (1995)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Tomita, T.Migita, S.Shimonishi, T.Shibata, T.Ohmi and T.Nitta: "Eliminating Metal-Sputter Contamination in Ion Implanter for Low Reverse-Bias Current, 450゚C-Annealed Junctions" Extended Abstracts, 184th Electrochemical Society Meeting, New Orleans, Abstract No.282. October. 461-461 (1993)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Tomita, A.Nakada, M.M.Oka, T.Shibata, T.Ohmi and T.Nitta: "Formation of Ultra Shallow n^+p Junctions Annealed at 450゚C Using an Ultra Clean Ion Implantation Technology" Proceeding, International Conference on AMDP (Advanced Microelectronics Devices and Processing), Sendai. March. 507-512 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.M.Oka, A.Nakada, K.Tomita, T.Shibata, T.Ohmi and T.Nitta: "Low Reverse-Bias Current n^+p-Junction Formation by 450゚C Furnace Annealing" Technical Report of IEICE,Workshop on Process and Devices of Scaled LSI's, SDM94-50. July. 35-41 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.M.Oka, A.Nakada, K.Tomita, T.Shibata, T.Ohmi and T.Nitta: "Reducing the Reverse-Bias Current in 450゚C-Annealed n^+p Junction by Hydrogen Radical Sintering" Extended Abstracts, 1994 International Conference on Solid State Devices and Materials, Yokohama. August. 742-744 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Nakada, M.M.Oka, K.Tomita, T.Shibata, T.Ohmi and T.Nitta: "Lifetime Enhancement in Low-Temperature-Annealed Ion-Implanted Junctions by Hydrogen Radical Sintering" Extended Abstracts, 186th Electrochemical Society Meeting, Florida, Abstract No.422. October. 651-642 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.M.Oka, A.Nakada, K.Tomita, T.Shibata, T.Ohmi and T.Nitta: "Reducing Reverse-Bias Current in 450゚C-Annealed n^+p Junction by Hydrogen Radical Sintering" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34, Part 1, No.2B,February. 796-799 (1995)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Konishi, Y.Kawai, J.Watanabe and T.Ohmi: "Application of Dual-Frequency-Excitation Plasma Processing Equipment to High-Integrity ULSI Fabrication Processes" Proceeding, International Conference on AMDP (Advanced Microelectronics Devices and Processing), Sendai. March. 513-516 (1994)

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  • [文献書誌] Y.Kawai, N.Konishi, J.Watanabe and T.Ohmi: "Ultra-Low-Temperature Growth of High-Integrity Gate Oxide Films by Low-Energy Ion-Assisted Oxidation" Applied Physics Letters. Vol.64, No.17, April. 2223-2225 (1994)

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  • [文献書誌] Y.Kawai, N.Konishi, J.Watanabe and T.Ohmi: "Ultra-Low-Temperature Growth of High-Integrity Gate Oxide Films by Low-Energy Ion-Assisted Oxidation" Extended Abstracts, 185th Electrochemical Society Meeting, San Francisco, Abstract No.250. May. 404-405 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.Watanabe, Y.Kawai, N.Konishi and T.Ohmi: "Ultra-Low-Temperature Growth of High-Integrity Thin Gate Oxide Films by Low-Energy Ion-Assisted Oxidation" Extended Abstracts, 1994 International Conference on Solid State Devices and Materials, Yokohama. August. 649-651 (1994)

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      1994 研究成果報告書概要
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  • [文献書誌] K.Yamada, K.Tomita and T.Ohmi: "Formation of Metal Silicide-Silicon Contact with Ultralow Contact Resistance by Silicon-Capping Silicidation Technique" Appl.Phys.Lett.Vol.64, No.25, June. 3449-3451 (1994)

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公開日: 1993-04-01   更新日: 2016-04-21  

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