金属基板SOI・メタルゲート高誘電率絶緑膜CMOS超高速集積回路の研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05402039
• 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)
• キーワード: SOI / メタルゲートMOS / CMOS / 超LSI / 高誘電体膜 / 銅配線 / コンタクト / イオンビームミキシング

研究概要

本年度は、基礎プロセス技術の研究、微細トランジスタの設計に関する研究を行った。
まず、SOI構造の微細MOSトランジスタに関し、デバイスシミュレーションを駆使して構造の最適化を行うとともに、電流駆動力をさらに大きくするために、チャネル部のドーピング濃度を極限まで低くできる新たなトランジスタ構造を考案した。これは、ソース・ドレイン直下の基板ドーピングを高くすることで、ソース・ドレインから発する電気力線をすべてこの部分で終端させてしまう構造であり、シミュレーションで優れた特性を確認した。これらの研究の結果、微細コンタクトの抵抗がデバイスの高速機能を著しく劣化させることが判明した。このため、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、コンタクト抵抗値10^<-9>Ω・cm^2という、ほぼ理論値と等しい値を得た。これは従来から報告されている値に比べ約2桁も低い値である。酸化されやすい金属表面をアモルファスシリコンで保護したこと等により理想的なコンタクト形成が可能となった。超高速LSIでは、10^7A/cm^2程度の大きな密度の電流が超微細配線に流れるため、配線寿命の劣化が大きな課題となっている。本研究では、銅配線の配線寿命の評価に関し、エレクトロマイグレーションとストレスマイグレーションを分離して計測する技術を新たに開発、これにより、配線の信頼性が、主として配線の伸び縮みによるストレスにより決まることを明らかにした。その結果、微細配線の伸縮を抑える堅いパシベーション膜の形成により、高速LSIの配線寿命を大きく改善できることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] T.Hoshi: "Accelerated Electromigration Testing of Giant-Grain Copper Interconnects under Extremely Large Current Stress" Extended Abstracts of the 1993 International Conference of Solid State Devices and Materials,Chiba. 561-563 (1993)
• [文献書誌] H.Yamada: "Evaluation of Electromigration and Stressmigration Reliabilities of Copper Interconnects by a Simple Pulsed-Current Stressing Technique" International Electronic Devices Meeting,Technical Digest. 269-272 (1993)
• [文献書誌] M.Morita: "Thin Gate Oxide for Ultra Small Device" Proc.International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing,March 3-5. 189-196 (1994)
• [文献書誌] T.Takewaki: "High Performance Giant-Grain Copper Metallization for High Reliability and High Speed ULSI Interconnects" Proc.International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing,March 3-5. 489-494 (1994)
• [文献書誌] K.Yamada: "Silicon-Capping Silicidation Technology for Ultra-Low Contact Resistance Metallization" Proc.International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing,March 3-5. 501-506 (1994)
• [文献書誌] K.Yamada: "Ultra-Low Contact Resistance Metallization by A Silicidation Technology Employing A Silicon Capping Layer for Protection against Contamination" VLSI Technology Symposium,Digest of Technical Paper. (印刷中). (1994)