極限集積化デバイスのしきい値支配因子自己収束プロセスの研究

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しきい値のばらつきが極めて小さい極限集積化デバイスを実現するために、しきい値支配因子が自己収束するゲート酸化膜形成プロセスを開発する目的に対して、極限集積化デバイスを実現するうえで不可欠な極めて薄いシリコン酸化膜を形成するウェット熱酸化プロセスにおいて、水分に水素ガスを添加することにより、酸化速度が小さくなることを見いだして、この条件で形成された酸化膜の厚さは酸化時間のゆらぎに対してばらつきが小さく、酸化膜厚さが自己収束することを明らかにしている。さらに、水分に水素ガスを添加して形成した極めて薄い酸化膜は、絶縁破壊電荷量が大きいことと、酸化膜中のトラップが少ないため電気的ストレスに対してしきい値の変動が小さいことを明らかにしている。そのうえ、熱酸化とゲート電極形成の連続プロセスにより、酸化膜表面へのハイドロカーボン付着を抑止できるため、MOS構造の初期絶縁耐圧特性が改善され、電気的特性の均一性が向上することを明らかにしている。また、シリコン酸化膜の厚さをより高い精度で制御するために、X線光電子分光測定中に酸化膜/シリコン構造試料にキセノンランプ光を照射することにより、酸化膜の帯電を低減できることを明らかにして、酸化膜の厚さおよび構造を精密に測定する方法を開発している。次に、極めて薄いゲート酸化膜上に、ミッドギャップ材料のひとつであるタンタルをゲート電極として形成した完全空乏化SOI微細MOSFETを製作し、超清浄低温プロセスにより金属ゲート電極構造においても極めて薄いゲート酸化膜の劣化や基板シリコン中での欠陥発生を抑止でき、電気的特性のばらつきが小さい高性能デバイスが製作可能であること明らかにしている。