超高速・超微細・低消費電力ビームチャネル型CMOSトランジスタの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025232
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 角南 英夫 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 教授 (10311804)
• 研究分担者: 芝原 健太郎 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 助教授 (50274139)
• キーワード: ビームチャネル / 側壁トランジスタ / フィールド・シールド / TMAH / 多結晶シリコン埋め込み / 増速酸化 / ハンプ電流 / CMOS

研究概要

本研究はSiのビーム(梁)にまたがったゲートにより、ビームの側壁をチャネルとしたトランジスタを一対形成し、一方をnチャネル、他方をpチャネルとした立体的なCMOSトランジスタを実現することを目的としている。このため、下記の三つの課題を実現した。
(1)フィールドシールド素子分離構造の実現:
梁の上端エッジ部で電界が集中し、サブスレッショルド領域で多くの電流が流れるいわゆる"ハンプ電流"を抑制するため、1x10^<21>cm^3の濃度に燐を添加した多結晶Siが無添加より数倍速く参加させることを利用し、自己整合でエッジ部に厚いシリコン酸化膜を形成する方法を考案した。これにより、ハンプ電流と隣接トランジスタ間リーク電流が抑制できた。
(2)2μmチャネル長・櫛形チャネルトランジスタの実現:
TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)を用いて、(110)Si基板上に高さ1μm、幅50nmの垂直のビームを複数備えたnチャネル櫛形チャネルトランジスタを実現した。実効チャネル長が2μm、ビームが31本の時、同じ平面面積のトランジスタの5倍の駆動電流を実現した。
(3)0.2μmチャネル長・ビームチャネルトランジスタの実現:
(100)SOI(Silicon-On-Insulator)基板上に、高さ0.5-1μm、幅50nmの楔ビームをドライエッチングで形成した。また、多結晶Siゲートを濃度依存酸化により自分自身の酸化膜で覆う技術を開発し、実効チャネル長が0.2μmのnチャネル・ビームチャネルトランジスタを形成し、正常なトランジスタ動作を実現した。

研究成果

• [文献書誌] H.Sunami: "Orientation-Dependent Anisotropic TMAH Etchant Applied to 3-D Silicon Nanostructure Formation"Proc. Pacific Rim workshop on Transducers and Micro/nano Technologies. 367-372 (2002)
• [文献書誌] A.Takase: "Field-Shield Trench Isolation with Self-Aligned Field Oxide"Ext. Abs. Of International Symp. on Solid State Devices and Materials. A-3-2. 694-695 (2002)
• [文献書誌] T.Furukawa: "Corrugated-Channel Transistor (CCT) for Area-Conscious Applications"Ext. Abs. Of International Symp. on Solid State Devices and Materials. A-3-2. 139-140 (2002)
• [文献書誌] A.Takase: "Field-Shield Trench Isolation with Self-Aligned Field Oxide"Jap. J. Appl. Phys.. 42,4-B(In press). (2003)
• [文献書誌] T.Furukawa: "A Corrugated-Channel Transistor (CCT) with Vertically-Formed Channels for Area-Conscious Applications"Jap. J. Appl. Phys.. 42,4-B(In press). (2003)
• [文献書誌] H.Sunami: "Fundamental Characteristics of Crystallographic Orientation-Dependent TMAH Etching and Its Application To Three-Dimensional Silicon"Sensors and Actuators A : Physical. NA(In press). (2003)