∪.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