サブ10ナノメータ級チャネル多層化新構造MOSFET/SOIの研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206039
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 酒井 徹志 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (60313368)
• 研究分担者: 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70182144) ; 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: MOSFET / SiGe / HfON / ML-MOSFET / SBSI / フッ硝酸溶液 / SiGe横方向選択エッチング / PtSi

研究概要

初年度の主な研究実績の概要は下記の通りである。
(1)チャネル多層化新構造ML-MOSFET(Multi-Layer Channel MOSFET)の主要プロセスについての実験結果を基に、作製プロセスを大幅に改良し、SOI基板でなくBulk基板を用い、セルフアライン化をさらに進め極微細化が容易で、より高性能化、低コスト化が可能なML-MOSFET作製新プロセスを考案した。
(2)ICPドライエッチング装置を購入し、Si、SiO_2(CVD)、レジスト等のエッチングの基礎データを取得、Si/SiGe/Si多層構造の極微細エッチングの検討開始等ML-MOSFETの試作に備えた。
(3)ML-MOSFETの主要作製プロセスであるSi/SiGe/Si構成でのフッ硝酸溶液(HF : HNO_3 : H_2O=1 : X : 60)を用いたSiGe横方向選択エッチングについて、さらに詳細な実験を行い、(1)Geの高組成化とともにSiGeのエッチング速度向上、(2)Si/SiGe/Si構成後のアニールは800℃まで可能、SiGeのエッチング速度は1000℃で低下、(3)エッチング速度、AFMによる表面ラフネス評価、SiGe/Siエッチング選択比から判断し硝酸比X=90〜120が妥当、(4)エッチング後のSi表面のSIMS分析ではGeの残留は検出下限以下、等をML-MOSFET試作に向け明らかにした。
(4)ECRによる高誘電率HfON薄膜の形成を検討し、堆積したHfO_2をECR Ar/N_2プラズマで室温窒化しHfONとした後、N_2中1000℃アニールすることによりEOT=1.9nm、リーク電流0.2A/cm^2(@VFB-1V)を得て、ゲート絶縁膜として有望なことを示した。
(5)極薄SOI上へのPtSi形成について検討し、10nm級までの極薄SOI層のシリサイド化の見通しを得た。
(6)Si/SiGe/Si構成でのSiGe横方向選択エッチング等を応用し、SiO_2を有するSi島をSi基板にボンディングし、SOI基板の形成と素子間分離を一体化した新しいSOI基板の作製方法:SBSI(Separation by Bonding Silicon Islands)を考案・検証した。大きなインパクトを半導体産業界に与える可能性があることから、特許を出願した。
(7)以上記した研究成果に関する特許を2件さらに出願手続き中である。

研究成果

• [文献書誌] D.Sasaki, S.Ohmi, M.Sakuraba, J.Murota, T.Sakai: "Proposal of a multi-layer channel MOSFET: the application of selective etching for Si/SiGe stacked layers"Appl.Surf.Sci.. 224. 270-273 (2004)
• [文献書誌] Shun-ichiro Ohmi, Go Yamanaka, Tetsushi Sakai: "Characterization of AlON thin films formed by ECR plasma oxidation of AlN/Si(100)"IEICE Trans.Electron.. E87-C. 24-29 (2004)
• [文献書誌] Takashi Yamazaki et al.: "A Study on Selective Etching of SiGe Layers in SiGe/Si Systems for Device Applications"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 795. U11.8.1-U11.8.6 (2004)
• [文献書誌] Go Yamanaka, Shun-ichiro Ohmi, Tetsushi Sakai: "AlON thin films formed by ECR plasma oxidation for high-k gate insulator application"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 786. E6.10.1-E6.10.6 (2004)
• [文献書誌] N.Sugiyama et al.: "Kinetics of epitaxial growth of Si and SiGe films on (110)Si substrates"Appl.Surf.Sci.. 224. 188-192 (2004)
• [文献書誌] J.Noh et al.: "Contact Resistivity between Tungsten and Impurity (P and B)-Doped Si_<1-x-y>Ge_xC_y Epitaxial Layer"Appl.Surf.Sci.. 212-213. 679-683 (2003)