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（１）	ゲート電極の材料に従来の多結晶シリコンに替えてＮｉシリサイドを採用することで、Ｈｉｇｈ－Ｋゲート絶縁膜の持つ優れた低リーク性を維持しつつ、トランジスタの電流駆動能力（ゲート反転容量）を約２割向上（多結晶シリコン／Ｈｉｇｈ－Ｋ絶縁膜積層構造との対比）。同等の動作電流でのゲートリーク電流を、多結晶シリコン／Ｈｉｇｈ－Ｋ膜構造に比べて約２桁、多結晶シリコン／酸化シリコン膜構造に比べ約５桁低減。
（２）	Ｈｆ系Ｈｉｇｈ－Ｋゲート絶縁膜との組み合わせに適したメタルゲート電極として、簡便な製造プロセスを用いながらも広い範囲でトランジスタ閾値電圧を制御できる新たな材料技術（組成制御Ｎｉシリサイド技術）を開発し、ＮＭＯＳ・ＰＭＯＳトランジスタ双方に好適なスイッチング特性を実現。
（３）	ゲートリーク抑制効果のほか、電流遮断特性（サブスレッシュホールド特性）やキャリア移動度などのデバイス指標も良好であることを確認し、将来の４５ｎｍノード（ハーフピッチ６５ｎｍ）における低待機電力、低動作電力のトランジスタの実現可能性を確認。

本技術により作成したトランジスタは、４５ｎｍノード（ハーフピッチ６５ｎｍ）低電力ＣＭＯＳのゲート部に求められる目標性能を凌駕するもので、ＬＳＩの今後の継続的な低消費電力化を実現し、将来のモバイル端末やデジタル情報家電機器向けＬＳＩの実現に大きく貢献します。

ＬＳＩのさらなる高速化・低消費電力化を実現するため、継続的に半導体微細加工技術の開発が進められています。トランジスタのゲート絶縁膜は、微細化の進展に伴って薄膜化しますが、これまでゲート絶縁膜として用いられてきたＳｉＯ２は膜厚が２ｎｍ以下になると、トンネル効果によるリーク電流が急増してトランジスタの消費電力が増大するとういう問題がありました。この問題を解決するため、現在世界中でＨｉｇｈ－Ｋゲート絶縁膜の技術開発が進められています。ＮＥＣでも、これまでにＨｆＳｉＯＮ膜を用いたトランジスタの研究を進め、ＣＭＯＳ回路の性能実証と製品適用のための信頼性技術の構築により、実用化に目途をつけています。
しかし、今後さらにＬＳＩの高性能化と低電力化を継続していく上では、ゲート電極に用いてきた多結晶シリコンの僅かな表面空乏化に起因する電流駆動力の低下が無視できなくなります。このため、ゲート電極の材料に金属材料を用いるメタルゲート技術に関しても世界各所で開発が活発化していますが、（１）Ｈｆ系Ｈｉｇｈ－Ｋ絶縁膜に対して製造が比較的容易なフルシリサイド化技術（注３）を適用するとＮＭＯＳ・ＰＭＯＳに対するトランジスタの閾値電圧が共に大きくなってしまい、充分な動作電流が得られない、（２）閾値電圧制御のためにＮＭＯＳ・ＰＭＯＳ用にそれぞれ異なる材料の金属電極を形成すると製造プロセスやデバイス構造が非常に複雑かつ高コストになってしまう、といった課題がありました。

このたびの開発は、Ｎｉシリサイド電極とＨｆＳｉＯＮ絶縁膜を用いることで多結晶シリコン電極の空乏化を回避し、低リーク性と高速性を一層改善したゲートスタックを実現したものです。とくに、フルシリサイド化という簡便な製造法を用いつつ、ＮｉとＳｉの組成比が異なるＮｉシリサイド電極をＮＭＯＳ用・ＰＭＯＳ用それぞれに作り分けることで、双方に対して適切なトランジスタ閾値電圧を実現する技術（組成制御Ｎｉシリサイド技術）を開発し、上記の技術課題を克服しました。

本技術を用いれば、今後一層の高性能化が期待される携帯電話やデジタル情報家電機器等に対して、消費電力を抑えつつ高速処理が可能な最先端ＳｏＣを実現できます。ＮＥＣでは今後、本技術の早期製品化を目指して研究開発を推進し、ユビキタス社会の進展を担っていきます。

なお、今回の成果は、１２月１３日から１５日まで、米国サンフランシスコで開催される国際学会「2004 IEEE International Electron Device Meeting (IEDM2004) 」で、１３日に発表します。

以上

注１：	Ｈｉｇｈ－Ｋゲート絶縁膜とは、シリコン酸化膜より誘電率の高い絶縁膜であり、高誘電率ゲート絶縁膜とも言う。誘電率が高い絶縁膜を用いることで、リーク電流の小さい厚い絶縁膜厚（物理膜厚）で、薄い酸化膜と同等の電気的換算膜厚が実現可能。ＮＥＣは信頼性に優れたＨｆＳｉＯＮ膜を中心に開発しています。
注２：	メタルゲート電極とは、金属もしくは金属的な導電性を持つ化合物を用いたゲート電極のことである。現在のＬＳＩのゲート電極には不純物を添加した多結晶シリコンが用いられているが、この材料は半導体であるためゲート電極表面が僅かに空乏化し、トランジスタの電流駆動力を低下させる原因となる。メタルゲートを用いればこのゲート空乏化をなくすことが可能であるため、将来の高性能ＬＳＩに必須の技術と考えられている。
注３：	シリサイドゲート電極を形成する方法。ゲート電極として金属を堆積する代わりに、多結晶シリコンを堆積・加工した後に、上部から金属を拡散させてゲート絶縁膜界面まで全領域でシリサイド化反応を起こさせる製法。他のメタルゲート技術に比較して、既存のＬＳＩ製造工程との親和性が非常に高いことが特徴。

＜この発表に関するお客さまからの問い合わせ先＞

ＮＥＣ　研究企画部企画戦略グループ

https://www.nec.co.jp/r_and_d/ja/cl/contact.html

ＮＥＣエレクトロニクス　先端デバイス開発事業部

電話：（０４２）７７９－６１３６（直通）

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