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

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025203
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 須川 成利 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70321974)
• 研究分担者: 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)
• キーワード: 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

研究概要

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。
本年度は、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、基板側高周波独立印加機構をもつ新規な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・作成した。これを用いてエッチングプロセスの基礎検討を開始し、想定どおり、プラズマ励起空間とプロセス空間を完全に分離して低電子温度プラズマを形成できること、原料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の形成ができることを明らかにした。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。この技術を高誘電率ゲートSi3N4膜トランジスタ形成に適用し(110)面方位のシリコンを使用す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明らかにし、高性能な次世代100nm微細化世代のトランジスタを提案した。
次年度は、こうした成果をさらに発展させ、微細高密度デバイス形成に必要となる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推進する。

研究成果

• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)