原子レベル平坦界面トランジスタのゲート絶縁膜リーク電流の高精度統計的解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24360129
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 須川 成利 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70321974)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 電子デバイス・機器 / 電子デバイス・集積回路 / MOSFET / シリコン / リーク電流

研究実績の概要

ゲート絶縁膜／Si界面の原子レベル平坦化技術を大規模集積回路製造工程に導入した。具体的には、シャロートレンチアイソレーション（STI）素子分離を用いた微細プロセステクノロジーにおいて、ゲート絶縁膜形成直前のプロセスステップにおいて、850℃以下で原子レベル平坦化処理を行うプロセス技術を開発した。ここで、Si表面と素子分離用のSiO2とが共存するウェハを処理を行う必要があるが、SiO2から放出される可能性がある酸化種とSiとの反応が起こると、Siのマイグレーションに基づく原子レベル平坦化を阻害する揮発性SiOの発生によるエッチング反応が起こってしまう。そこで、素子分離用SiO2からの酸化種の放出を抑制しつつ、原子レベル平坦化を両立するためには、処理中の酸素、水分濃度を30ppb以下に抑制した原子レベル平坦化処理装置を導入して処理雰囲気の酸化種を低減するとともに、850℃以下の温度で処理を行い素子分離用SiO2からの酸化種の放出を抑制すれば行えば良いことを明らかにし、直径200mmのウェハ全面におけるSi領域の原子レベル平坦化を達成した。
本開発技術を導入して大規模アレイテスト回路を試作し、膜厚5.6nmのゲート絶縁膜を有する6万個を超えるMOSFETのゲート電流を測定したところ、従来のプロセス技術で試作したゲート絶縁膜/Si界面に約1nmのラフネスが存在するMOSFETと比べて、ゲート電流が大きい素子の発生割合が一桁以上低減できたことを測定結果によって明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Atomically Flattening of Si Surface of Silicon on Insulator and Isolation-Patterned Wafers (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Goto, Rihito Kuroda, Naoya Akagawa, Tomoyuki Suwa, Akinobu Teramoto, Xiang Li, Toshiki Obara, Daiki Kimoto, Shigetoshi Sugawa, Tadahiro Ohmi, Yutaka Kamata, Yuki Kumagai, and Katsuhiro Shibusawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 ページ: 04DA04-1-7
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.04DA04
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of breakdown voltage of area surrounded by multiple trench gaps in 4 kV monolithic isolator for communication network interface (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Takeuchi, Rihito Kuroda and Shigetoshi Sugawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 ページ: 04DB01-1-5
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.04DB01
  • 査読あり
• [雑誌論文] [REVIEW PAPER] Si image sensors with wide spectral response and high robustness to ultraviolet light exposure (2014)
  • 著者名/発表者名: Rihito Kuroda and Shigetoshi Sugawa
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 11 ページ: 20142004-1-16
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1587/elex.11.20142004
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Selectivity in Dry Etching of Silicon Nitride over Si Using a Novel Hydrofluorocarbon Etch Gas in a Microwave Excited Plasma for FinFET (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakao, T. Matsuo, A. Teramoto, H. Utsumi, K. Hashimoto, R. Kuroda, Y. Shirai, S. Sugawa, and T. Ohmi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 61 ページ: 29-37
  • DOI: 10.1149/06103.0029ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flattening Technique of (551) Silicon Surface Using Xe/H2 Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Suwa, Akinobu Teramoto, Shigetoshi Sugawa, and Tadahiro Ohmi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 61 ページ: 401-407
  • DOI: 10.1149/06102.0401ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistors Prepared by Magnetron Sputtering Using Kr and Xe Instead of Ar (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Goto, Shigetoshi Sugawa and Tadahiro Ohmi
  • 雑誌名: Journal of the Society for Information 巻: 21 ページ: 517-523
  • DOI: 10.1002/jsid.210
  • 査読あり
• [学会発表] Analysis of Pixel Gain and Linearity of CMOS Image Sensor using Floating Capacitor Load Readout Operation (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Wakashima, F. Kusuhara, R. Kuroda, S. Sugawa
  • 学会等名: IS&T/SPIE Electronic Imaging
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2015-02-08 – 2015-02-12
• [学会発表] Wide spectral response and highly robust Si image sensor technology (2014)
  • 著者名/発表者名: Rihito Kuroda and Shigetoshi Sugawa
  • 学会等名: 2nd Asian Image Sensor and Imaging System Symposium
  • 発表場所: 東京工業大学キャンパス・イノベーションセンター（東京都・港区）
  • 年月日: 2014-12-01 – 2014-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Atomically Flattening of Si Surface of SOI and Isolation-patterned Wafers (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, R. Kuroda, N. Akagawa, T. Suwa, A. Teramoto, X. Li, S. Sugawa, T. Ohmi, Y. Kumagai, Y. Kamata, and T. Shibusawa
  • 学会等名: 2014 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-11
• [学会発表] Analysis of the breakdown voltage of an area surrounded by the multi-trench gaps in a 4kV monolithic isolator for a communication network interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Takeuchi, Rihito Kuroda and Shigetoshi Sugawa
  • 学会等名: 2014 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-11
• [学会発表] A Novel Analysis of Oxide Breakdown based on Dynamic Observation using Ultra-High Speed Video Capturing Up to 10,000,000 Frames Per Second (2014)
  • 著者名/発表者名: Rihito Kuroda, Fan Shao, Daiki Kimoto, Kiichi Furukawa, Hidetake Sugo, Tohru Takeda, Ken Miyauchi, Yasuhisa Tochigi, Akinobu Teramoto and Shigetoshi Sugawa
  • 学会等名: 2014 IEEE International Reliability Physics Symposium
  • 発表場所: Waikoloa, USA
  • 年月日: 2014-06-03 – 2014-06-05
• [学会発表] Demonstrating Individual Leakage Path from Random Telegraph Signal of Stress Induced Leakage Current (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Teramoto, T. Inatsuka, T. Obara, N. Akagawa, R. Kuroda, S. Sugawa and T. Ohmi
  • 学会等名: 2014 IEEE International Reliability Physics Symposium
  • 発表場所: Waikoloa, USA
  • 年月日: 2014-06-03 – 2014-06-05
• [学会発表] Analyzing Correlation between Multiple Traps in RTN Characteristics (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Obara, Akinobu Teramoto, Akihiro Yonezawa, Rihito Kuroda, Shigetoshi Sugawa, and Tadahiro Ohmi
  • 学会等名: Toshiki Obara, Akinobu Teramoto, Akihiro Yonezawa, Rihito Kuroda, Shigetoshi Sugawa, and Tadahiro Ohmi
  • 発表場所: Waikoloa, USA
  • 年月日: 2014-06-03 – 2014-06-05
• [学会発表] Application of Rotation Magnet Sputtering Technology to a-IGZO Film Depositions (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Goto, Shigetoshi Sugawa, Tadahiro Ohmi
  • 学会等名: Society for Information Display, SID International Symposium 2014
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-06
  • 招待講演
• [学会発表] High Selectivity in a Dry Etching of Silicon Nitride over Si Using a Novel Hydrofluorocarbon Etch Gas in a Microwave Excited Plasma for FinFET (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukihisa Nakao, Takatoshi Matsuo, Akinobu Teramoto, Hidetoshi Utsumi, Keiichi Hashimoto, Rihito Kuroda, Yasuyuki Shirai, Shigetoshi Sugawa, and Tadahiro Ohmi
  • 学会等名: 225th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-15
• [学会発表] Flattening Technique of (551) Silicon Surface Using Xe/H2 Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Suwa, Akinobu Teramoto, Shigetoshi Sugawa, and Tadahiro Ohmi
  • 学会等名: 225th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-15
• [学会発表] Effect of Composition Ratio on Erbium Silicide Work Function on Different Morphology of Si(100) Surface Changed by Alkaline Etching (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Tanaka, Tomoyuki Suwa, Akinobu Teramoto, Tsukasa Motoya, Shigetoshi Sugawa, and Tadahiro Ohmi
  • 学会等名: 225th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-15