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シリコン(001)Cものがたり

今、日本の半導噞は残念ながら弱化してきた。しかし、かつてはもっと弱かった。それでもj(lu┛)国((sh━)国)に挑戦してきた。1960Q代、欧(sh━)のデバイスメーカーはMOSFETの開発の最中で、|々の\術をっていた。弱かった日本が挑戦した例として、(001)CのMOSFET\術を紹介しよう。この開発ではむしろ日本が先頭に立ち、以Tの半導噞でトップに立つことができるようになった。この\術は当時、(sh━)国でも}がついていなかったようだ。

筆vらは、Japanese Journal of Applied Physicsという欧文誌に1969Qに投Mした。それはShort Noteで](m└i)いb文をT味していた。@は、"Effect of the Crystal Orientation upon the Electron Mobility at the Si-SiO2 Interface"(参考@料1)というものだが、和文は筆vの試lでは、「Si-SiO2cCにPける電子‘暗戮C(sh┫)位依T性」となる。その著vは、j(lu┛)和田、i田、田中(以下てw称S)の連@であった。当時、良い性ΔMOSFETを?y┐n)]する\術が求められていたので、この報告もそのk環と言える。

内容を~単に述べると、まず単T晶シリコンウェーハを5|類のT晶Cで切り出した。そして、それぞれのC指数が、(110)、(111)、(112)、 (113)、そして(001)であった。そのウェーハがて互いに誤りなく区別できるように、番(gu┤)をけて1ロットとして扱い、同kの浄とi処理を施し同じ炉で表Cを┣修靴拭K豸が2400Å(オングストローム)と、昨今のデバイスと比べて相当に厚いのが気になるが、1969Q当時は普通のMOSFETはそのようなものだった。何しろ電破sをこしてはならない。

試作したMOSFETはリングゲート構]であって、これはk級の教科書によった。教科書のタイトルは、"Physics and Technology of Semiconductor Devices (1967, John Wiley, New York)"。その著vはフェアチャイルド社\術研|所所長、A. S. Grove。よく(m┬ng)られているがGroveはその後インテル社の社長・会長になった人である。リングゲート構]のMOSFETは通常の構]と異なり(j┫)なのでゲートの終端の影xをpけない。このため、R定T果がきれいに出やすい。リングゲート型のMOSFETは添の図1にも(j┤)したが、そのレイアウトは中央に形のドレイン拡g層を~し、そのvりをリングX(ju└)にゲートが囲む。その外笋ソースであり基と同電位にしておく。


図1 リング構]のMOSFETで実x 出Z:Japanese Journal of Applied Physics

図1 リング構]のMOSFETで実x 出Z:Japanese Journal of Applied Physics


このMOSFETを使った電子‘暗戮留R定T果は図1に(j┤)したが、|々の理y(t┓ng)で使われていた(111)Cで作したデバイスはその‘暗戮(hu┐)極管覦茲留R定で450 cm2/Vs度と低かった。それが(001)Cのウェーハを使ったデバイスになると、800 cm2/Vs度になった。もちろん、‘暗戮禄j(lu┛)きい(sh┫)が好ましい。だからTbは当、MOSFET量]には(001)Cウェーハを使うべしということになった。図に(j┤)すデータにおいて、R定T果はi田がQし、点線で(j┤)した理b値とうまくk致した。k応の成果は出たのである。ところが、j(lu┛)変不思議に思ったのは、MOSFET量]\術において、1960Q代に日本と同等もしくは越えていた欧(sh━)の研|が少なくともこのテーマであるウェーハC(sh┫)位に関した成果がk切出てこなかったことだ。

実はこのb文以iに早い段階で、日立作所のj(lu┛)野、川地、桃井が同じような主旨で出願をしていた。そのo報はo昭42-21446で、その出願は1964Q2月。詳しくは述べないが、他にもウェーハC(sh┫)位に関わるMOSFETの研|は日本のみからであった。この出願のo昭42-21446は|々の反乾レームを乗り越えて日(sh━)で日立の権W(w┌ng)になった。|々の情にみ、o(m┬ng)性も考えて筆vらは出願をしていない。

それからずいぶん時が経った2008Q、SEMI News vol. 24, No. 5にj(lu┛)野O身が峙の出願に関わる顛を書いている。それによると、j(lu┛)野はT晶鉄の磁化率の軸依T性について茅理bを(m┬ng)っていた。茅は東j(lu┛)金鏈猯糎|所出身でその後、東j(lu┛)総長にもなった人だ。j(lu┛)野は直感から茅理bとの相関を[定し、C指数を|々変えたMOSダイオードを作った。そのC-V性をR定し、(001)Cダイオードの好性を見出し、その再現性を調べた。MOSFETも作し、(001)Cデバイスの好い性を確認し発を出願した。筆vと同様に、(001)CMOSデバイスの研|が(sh━)国で出てこなかったその不思議な気eちをもj(lu┛)野はSEMI Newsに書いている。しかもわざわざRCA社の(m┬ng)り合いに聞いて確認をしている。(sh━)国では良いデータが出なかった、とのことだ。

エイデム 代表D締役 j(lu┛)和田 敦之

参考@料
1. Ref: A. Ohwada, H. Maeda and K. Tanaka: JAPAN. J. APPL. PHYS 8 (1969) 629-630.

ごT見・ご感[
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