グローバル・デバイス・インテグレーション技術の創製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025219
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岩井 洋 東京工業大学, フロンティア創造共同研究センター, 教授 (40313358)
• 研究分担者: 大見 俊一郎 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (30282859)
• キーワード: MBE / 高誘電率 / ゲート絶縁膜 / リーク電流 / SiO_2換算膜厚 / プラズマドーピング / ガスドーピング / 極浅接合

研究概要

Sub 10nm極微細CMOSの要素技術の確立を目的として、本年度はこれまで行ってきたMBE法による高誘電率希土類酸化物薄膜の形成に加えて、プラズマドーピング法による極浅拡散層の形成に関する検討を行った。
[MBE法による希土類酸化物薄膜の形成]
希土類酸化物薄膜の次世代ゲート絶縁膜への応用を目的として、Si基板上に形成したChemical Oxideの効果、希土類酸化物薄膜堆積後の超高真空アニール、さらにSi基板面方位依存性及び希土類酸化物薄膜上への耐熱性金属電極形成に関する検討を行った。MISダイオード特性の評価から、EOT1nm程度でSiO_2よりも数桁低いリーク電流値が再現性良く得られ、さらに超高真空アニール法及びTaN上部電極を用いたPMA法によりフラットバンドシフトを抑制するプロセスを開発した。
今後はこれまで検討を行ってきた各技術を集約し、希土類酸化物をゲート絶縁膜に用いたデバイスの作製を行う。
[プラズマドーピング法による極浅接合の形成]
ヘリコン波プラズマ源を装備したプラズマドーピング装置を用いてボロンのドーピングを行った。その結果、He/B_2H_6混合ガスをバイアス電圧-60Vにて、as-dopeでのドーピングを1秒〜30秒の間で時間制御する事で、Dose量2×10^<14>〜8×10^<14>cm^2、浸透深さ約5〜6nmを達成した。また、常温でB_2H_6ガスを流すだけのガスフェーズドーピング法によるas-dopeでのボロンのドーピングにおいて、Arプラズマ前処理の有無による比較を行ったところ、Dose量が約2桁も異なる結果が得られた。これは、Arプラズマ処理を行う事でBoronが吸着/浸透しやすくなったものと考えられる。これらの実験結果を基に、プラズマドーピング法に関しては、更なるDose量制御・さらには面内均一性を目的として研究を進める予定である。一方、ガスフェーズドーピング法においては、吸着/浸透のメカニズムを解明し、低Dose量制御の可能な技術として確立していく必要がある。

研究成果

• [文献書誌] H.Iwai, S.Ohmi: "Silicon integrated circuit technology from past to future"Microelectronics Reliability. vol.42. 465-491 (2002)
• [文献書誌] H.Iwai, S.Ohmi: "Trend of CMOS downsizing and its reliability"Microelectronics Reliability. vol.42no.9-11. 1251-1258 (2002)
• [文献書誌] H.Iwai, S.Ohmi, S.Akama, C.Ohshima, A.Kikuchi, I.Kashiwagi, J.Taguchi, H.Yamamoto, J.Tonotani, Y.Kim, I.Ueda, A.Kuriyama, Y.Yoshihara: "Advanced Gate Dielectric Materials for Sub-100nm CMOS"IEDM 2002. 645-628 (2002)
• [文献書誌] H.Iwai: "CMOS Scaling and Requested New Technologies"33^<rd> IEEE SISC 2002. (2002)
• [文献書誌] C.Ohshima, J.Taguchi, I.Kashiwagi, H.Yamamoto, S.Ohmi, H.Iwai: "Effect of Surface Treatment of Si substrates and Annealing Condition on High-k Rare Earth Oxide Gate Dielectrics"abstracts of 4th ISCSI. (2002)
• [文献書誌] H.Nohira, T.Shiraishi, T.Nakamura, K.Takahashi, M.Takeda, S.Ohmi, H.Iwai, T.Hattori: "Chemical and Electronic Structures of Lu_2O_3/Si Interfacial Transition Layer"abstracts of 4th ISCSI. (2002)