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国(盜)に挑戦してきた。1960Q代、欧櫃離妊丱ぅ好瓠璽ーは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、盜颪任眈}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]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軌粍踊T性」となる。その著vは、j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]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、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。よく瑤蕕譴討い襪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
このMOSFETを使った電子‘暗戮留R定T果は図1にしたが、|々の理yで使われていた(111)Cで作したデバイスはその‘暗戮極管覦茲留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きい気好ましい。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。図にすデータにおいて、R定T果はi田がQし、点線でした理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櫃慮|が少なくともこのテーマであるウェーハC軌未亡悗靴神果が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軌未亡悗錣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櫃覇立の権Wになった。|々の情にみ、o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野はT晶鉄の磁化率の軸依T性について茅理bを瑤辰討い拭3は東j金鏈猯糎|所出身でその後、東j総長にもなった人だ。j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|が盜颪能个討海覆ったその不思議な気eちをもj野はSEMI Newsに書いている。しかもわざわざRCA社の瑤蟾腓い吠垢い導稜Г鬚靴討い襦盜颪任藁匹ぅ如璽燭出なかった、とのことだ。
参考@料
1. Ref: A. Ohwada, H. Maeda and K. Tanaka: JAPAN. J. APPL. PHYS 8 (1969) 629-630.