次世代低消費電力システムLSI向けメタルゲート技術を開発

〜既存の材料と設備で3種類のトランジスタ形成を実現〜

ＮＥＣエレクトロニクスとＮＥＣはこのたび、次世代ＬＳＩの低消費電力化を低コストで実現する技術を開発いたしました。新技術は、ゲート電極の材料をニッケルダイシリサイド（ＮｉＳｉ_２）へ置き換えるメタルゲート構造を採用することにより、トランジスタの閾値電圧を制御する技術です。従来の材料と製造設備により、ロジック部を構成する閾値電圧の低いトランジスタ２種類およびメモリ部等を構成する閾値電圧の高いトランジスタ１種類、計３種類のトランジスタを形成することが可能になります。

近年、いつでもどこでもネットワークにアクセスできるユビキタス化の進展に伴い、携帯電話、デジタル家電、携帯音楽プレーヤー、カーナビなどの各種電子機器は多機能化が進み、市場には続々と新製品が投入されております。これらの機器に搭載されるＬＳＩには、多機能化に伴い、さらなる低消費電力化・高機能化を低コストで実現することが求められております。
従来、ＬＳＩの低消費電力化は個々のトランジスタのサイズを比例縮小することで高機能化と同時に進展してきました。低消費電力化は従来、特にゲート長の低減およびゲート絶縁膜の薄膜化の効果に依存しており、微細化が進んだ現在では、これまでのゲート材料のポリシリコンではゲート空乏化などのゲート絶縁膜薄膜化を阻害する要因が無視できなくなってきております。そのため、スイッチング動作を低消費電力で行うには、空乏化が起きないよう、トランジスタのゲート材料に金属を用いたメタルゲート電極の実現が強く期待されております。しかし、このメタルゲート構造はトランジスタの閾値電圧を所望の値に調整するのが特に難しく、従来はＣＭＯＳを構成するｎ型とｐ型のそれぞれのトランジスタに別々の金属材料を用いる手法がとられてきたため、新規材料の導入や作り分けによる製造工程の変更が必要になり、製造コストの高騰に繋がっておりました。
また、特にＤＲＡＭやＳＲＡＭのような大容量高速メモリとロジック回路を１チップに混載したＬＳＩを実現する場合では、ロジック用に低い閾値電圧をもつｎ型とｐ型の２種類のトランジスタのみならず、メモリセル用の高い閾値電圧を持つ低リーク性を重視したトランジスタも同時に必要となり、これら３種類のトランジスタ全てに最適なメタルゲート電極を同時に実現する報告例はありませんでした。
新技術は、低消費電力ＬＳＩを低コストで実現するというこれらの要望に応えるとともに、一種類の、しかも従来使用されてきたシリコンプロセスと親和性の高い金属材料で３種類の閾値を持つトランジスタを、同一ウェハ上に製造容易性を確保しながら実現するものです。新技術を用いて試作されたＳＲＡＭは、ポリシリコンゲートを使った場合に比べて３０％の低消費電力動作が可能であると同時に、ゲートリーク電流も1/100に低減できるため、待機電力の削減にも有効です。

ＮＥＣエレクトロニクスとＮＥＣは今後とも、ユビキタス社会の実現に不可欠な高機能・低消費電力なＬＳＩを低コストで製品化するための研究開発を積極的に推進する所存です。

なお両社は今回の成果を、６月１７日から２０日まで米国ホノルルで開催される「VLSIシンポジウム2008（2008 Symposium on VLSI Technology）」において６月１７日に発表いたします。