Si(110)面金属基板SOI・Balanced-CMOS超高速高精度集積回路

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205052
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 平山 昌樹 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教授 (70250701) ; 小谷 光司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20250699) ; 須川 成利 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70321974)
• キーワード: Si(110) / SOI / CMOS / 陽極化成 / 1 / fノイズ

研究概要

本研究は10GHz以上で動作するネットワーク情報家電向けシステムLSIの基盤技術を確立する。ゆらぎを完全に排除した製造技術を確立し、何ら具体的な解決策がないサブ100nm世代のシステムLSIにおいて,あらゆる問題を解決し,50nm世代までスケーリングメリットが得られる唯一の集積回路構造,即ち,Si(110)面を用いたSi_3N_4ゲート絶縁膜金属ゲート電極(bcc-Ta/TaN)金属基板SOI・Balanced-CMOS集積回路およびその製造技術を確立しディジタル回路と共に高精度アナログ回路及び,マイクロ波帯高効率RF回路の混載を容易にし,集積回路(GSI)の具体像を明確に示すことを目的としている。
まず金属基板SOIに用いるエピタキシャルSi層を形成するために必要な、多孔質Si層の形成メカニズムを世界で初めて示した。多孔質Si層の孔の間隔がSi中空乏層幅の2倍となることを確認し、また電極とSi基板間を定電圧制御することで表面が平坦な多孔質Siを形成することに成功した。これらの結果はデバイスの信頼性に影響を与える結晶欠陥の少ない、エピタキシャルSi層を形成するために重要な知見である。
また微細配線での10GHz以上の高速信号伝播に関する詳細な解析を行った結果、LSI配線の伝播モードにはスキンデプスにより決まるモードと配線起因のスローウェーブモードの2つがあることが明らかになった。特に微細配線においては、後者に支配され、これを解決するためには微細配線においては配線長を短くし、3次元集積化構造とすることが最適であることが明らかにした。
さらに原子状酸化酸化とSi表面の原子オーダー平坦化を組み合わせて用いることで従来の熱酸化に比べ1/fノイズを低減する技術を確立した。これによりデバイスの微細化に付随して起こるSN比の劣化を抑制することが可能となり、LSIの信頼性を維持することが可能になる。

研究成果

• [文献書誌] A.Morimoto, K.Kotani, K.Takahashi, S.Sugawa, T.Ohmi: "Analysis of High-Speed Signal Behavior in a Miniaturized Interconnect"IEICE Transactions on Electronics. E85-C・5. 1111-1118 (2002)
• [文献書誌] N.Inoue, S.Sugawa, T.Ohmi: "Experimental Examination of Formation Mechanism of Nano-size Periodic Porous Silicon"201st Electrochemical Society Meeting. 2002・1. 62 (2002)
• [文献書誌] K.Tanaka, K.Watanabe, H.Ishino, S.Sugawa, A.Teramoto, T.Ohmi: Extended Abstracts of the 2002 international Conference on Solid State Devices and Materials. (2002)
• [文献書誌] 樋口正顕, 諏訪智之, 大嶋一郎, Cheng Weitao, 寺本章伸, 平山昌樹他: "プラズマ酸化、酸窒化、窒化によるゲート絶縁膜中に含まれる希ガス原子が電気的特性に与える影響"電子情報通信学会技術報告. 102・415. 19-26 (2002)
• [文献書誌] 田中康太郎, 渡辺一史, 石野英明, 須川成利, 寺本章伸, 平山昌樹, 大見忠弘: "シリコン(100)面の原子オーダー平坦化における1/fノイズ低減効果"電子情報通信学会技術報告. 102・415. 33-37 (2002)
• [文献書誌] I.Ohshima, W.Cheng, M.Hirayama, A.Teramoto, S.Sugawa, T.Ohmi et al.: "Highly Reliable Silicon Nitride Gate Dielectrics Grown at Low Temperature by Microwave-Excited High-Density Plasma"Fouth international Symposium on Control of Semiconductor Interfaces. A5-2 (2002)