SiゲートNチャネルMOS技術の開発 - Hitachi

∪.D.C,る21.382.323::54る.284-31いる21.3 SiゲートNチャネルMOS技術の開発 Siticon Gate N ChannelMOS TechnologY Phvsica■a=de-ectrica■characterislicsa=dprocessl=gteC仙q=eSOftheSigateN channelMOS LSIs are discussed.With the SigateN channelMOStechniquethe 4096-bitmemorvhascometobeproducedo=aCOmmerCialbasis･ThisSigateN channeIMOSlechniq=eis=OWbei=gaPPliedtolheprod=Ctio=0†MOSmemo｢ies andLSIsofhighercIasses･Thearlicle∂lsodescribessomeofitsapp】■Cations･ ll緒言 NチャネルMOS(Metal■oxide Semiconductor)技術は昭和37年RCA杜のHofsteinらによりMOS IC が開発された当初,AlゲートNチャネルMOSとしてデビューした(い｡その後,AlゲートNチャネルMOSは特化の不∠安立怖から結局AlゲーートPチャネルMOSがICの主要ほ術としてかなり良期剛采用されてきた｡その間にもSi｡N｡(2-やA120去3Jなどの CVD(ChemicalVapour Deposition)膜をゲート絶縁膜の一部として用いることによリNチャネルMOS化を図る努力が続けられたが,CVD膜の不安左惟から結局二買遠慮化されるまでには二至らなかった｡昭和45年著者らはSiゲーート托術による NチャネルMOSの特性が従来の方式に比べても之も安定であり量産化の可能怖があることを発表し(4＼昭和47年にはIntel 祉からSiゲートNチャネルMO Sメモリの製品化が行なわれた｡ r-†立製作所におけるSiゲートMOS技術の詳細はすでに報告してあI)く5＼ここでは主としてSiゲ【卜NチャネルMO S メモリ技術について報告する｡臣I SiゲートNチャネルMOSの特性図1は,SiゲートNチャネルMOS形Transistor(以下, MO S Tと略す)の校型構造を示すものである｡SiゲートP チャネルMOS Tとの違いは,其枇タイプがN形からP形に変わり,ソースドレインjiよびゲーートSiがP一形からN十形に変わる点である｡SiゲMトNチャネルMO Sの場介のSi-Si OォSi系バンド構造を示したのが図2である｡N形SiゲートとP形Si兆枇との仕事関数の差によリSi表面付近でポテンシャルは寸に向がる｡フラットバンド条作はゲート電梅に仕事･関数の差だけの電圧を加え,バンドの曲がりと平たんにする場介の条件である｡仕事関数の差¢ゴSは次式で表わされる｡ ¢ss=か(ご,八▼一郎･上一,P ‥‥…‥･(1) ここにか･じ,八･,かノゞ,PはそれぞれゲートSi,基板Siのフェルミポテンシャルである｡二の場ナナの仕斗i関数差は¢ゴバ=-1 Vであり,Alゲートに比べて人きな差はない｡このようにして作成されるSiゲートNチャネルMO S Tのしきい他電圧Ⅴ=′は, vT′′=一埋(一′鼎一キー一＋′乃+型J乙)一面右一吉0∬ q 花王れ王 (Q5S-2J∬s亡r)肌,J=rJ犯一旦Lし且丁･‥…･･…(2) / 氾王で表わされる｡ここに, *【j立製作所半導体-■壬i業部 **｢1立製作所小突研究所ソー･･ス岩松誠一* 富永四志夫* 伊藤三吉男** 橋本暫-ホ* ゲートドレイン N十ポリSi 5eJ～cんgJ∽αmαJ5以 y〃ざんgo mm言托αgα 方～yooJJo +Vor盲点αヱ〟肋5んf仇0～0 AI siO2 Nチャネル Siウエハ,P形,(100) N＋拡散層図I SiゲートNチャネルMOST構造ゲートは強くリンドープL た多結晶Siで形成され,ソースドレインはゲートをマスクとして自己整合で形成される｡ Fig.1SiGate N Chan11elMOST St｢uctu｢e g(､ EJ√,Ar gi ゑ'l一 VG=0 Q.冒Sニ0 ′一---■-- P形Sj N形Si gr､ gヱr 点上･.P gl･ ¢♪･(ご,ル E(Jl 'ノ:′ ぷ V(よ=¢ぶぶ Q5ぶ=0 ¢ぶ5=¢fG.八. ゎれP 且声･,∧〉孟子‾‾T｢工 _+__ l N形Sj l P形Si SjO2 SiO2 平衡状整フラットバンド条件図2 SiゲートNチャネルMOSのバンド構造 Si基板との仕事関数差は,¢Jゞ=かc,∧r-¢川,Pとなる｡ー如凡P Ec 且g gダ,P gγ N形SiゲートとP形 Fig.2 PotentialDistributionin a SiGate N Channe】MOS Structure 17

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