JP6713167B2 - Triple gate H-diamond MISFET and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明はトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a triple gate H-diamond MISFET and a method for manufacturing the same.

半導体ダイヤモンドは広いバンドギャップエネルギー(5.45eV)、低い比誘電率(5.7)、高い絶縁破壊電界強度(10MV cm−1)、高いキャリア飽和速度(電子及び正孔についてそれぞれ1.5〜2.7×10cm s−1及び0.85〜1.2×10cm s−1)(非特許文献1,2)、高い熱伝導率(22W cm−1−1)及び高いキャリア移動度(電子及び正孔についてそれぞれ4500cm−1−1及び3800cm−1−1)(非特許文献3)といった、いくつかの際立った物理的特性を有している。ダイヤモンド及び他の半導体の性能指数(非特許文献4)から、ダイヤモンドに基づいた電子デバイスは最も大きな電力−周波数積、最も高い熱限界、及び高周波における最小の電力損失を示す。従って、ダイヤモンドは次世代の大電力、高周波、高温低電力損失及び省エネルギーの電子デバイスを作成するのに最適な材料であると考えられる(非特許文献5)。 Semiconductor diamond has a wide band gap energy (5.45 eV), a low relative dielectric constant (5.7), a high dielectric breakdown electric field strength (10 MV cm −1 ), and a high carrier saturation rate (1.5 to 5 for electrons and holes, respectively). 2.7×10 7 cm s −1 and 0.85 to 1.2×10 7 cm s −1 (Non-Patent Documents 1 and 2), high thermal conductivity (22 W cm −1 K −1 ) and high. carrier mobility such (respectively for electrons and holes 4500cm 2 V -1 s -1 and 3800cm 2 V -1 s -1) (non-Patent Document 3), has some time standing physical properties. From the figure of merit of diamonds and other semiconductors [4], diamond-based electronic devices show the highest power-frequency product, the highest thermal limit, and the lowest power loss at high frequencies. Therefore, diamond is considered to be an optimal material for producing next-generation electronic devices with high power, high frequency, high temperature and low power loss, and energy saving (Non-Patent Document 5).

ダイヤモンドドーパントの活性化エネルギーは室温の熱エネルギーよりも大幅に高いので、多くのダイヤモンド電子デバイスは水素化ダイヤモンド(H−ダイヤモンド)チャネル層上に作製されてきた(非特許文献6〜11)。H−ダイヤモンドはその表面上にホールを1012〜1013cm−2のシートホール密度(psheet)で蓄積することができる。注目すべきことに、H−ダイヤモンドをNO雰囲気に曝したり(非特許文献12)、あるいは酸素終端ダイヤモンドをNHとHとの混合雰囲気中でアニールする(非特許文献13)ことによって、H−ダイヤモンドのpsheetは1014cm−2にまで到達することができる。 Many diamond electronic devices have been fabricated on hydrogenated diamond (H-diamond) channel layers because the activation energy of diamond dopants is significantly higher than room temperature thermal energy (Non-Patent Documents 6-11). H-diamond can accumulate holes on its surface with a sheet hole density (p sheet ) of 10 12 to 10 13 cm -2 . Notably, by exposing the H-diamond to a NO 2 atmosphere (Non-Patent Document 12) or annealing the oxygen-terminated diamond in a mixed atmosphere of NH 3 and H 2 (Non-Patent Document 13), The p- sheet of H-diamond can reach up to 10 14 cm -2 .

最近、H−ダイヤモンドを使った金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタ(MISFET)が大いに開発されるようになってきた。NO処理H−ダイヤモンド上で作製されたMISFET(非特許文献14)のドレイン−ソース最大電流(IDS,max)は−1.35A mm−1もの大きな値となった。そのカットオフ周波数はほぼ10.0Vの広いゲート−ソース電圧(VGS)範囲で10GHzを上回った。これに加えて、H−ダイヤモンドに基づいたMISFETの動作は、高温(400℃)及び高電圧(500V)において、SiCあるいはGaNに基づいたMISFETのそれに匹敵するものであった(非特許文献15)。 Recently, a metal-insulator-semiconductor field effect transistor (MISFET) using H-diamond has been greatly developed. The maximum drain-source current (I DS,max ) of the MISFET (Non-Patent Document 14) produced on the NO 2 treated H-diamond was as large as −1.35 A mm −1 . Its cut-off frequency was above 10 GHz over a wide gate-source voltage ( VGS ) range of approximately 10.0V. In addition, the operation of MISFETs based on H-diamond was comparable to that of MISFETs based on SiC or GaN at high temperatures (400°C) and high voltage (500V) (Non-Patent Document 15). ..

H−ダイヤモンドに基づいたMISFETは優れた電気的特性を示すが、価格が高いこと及び大面積の単結晶ダイヤモンドウエハーがないことが、その広範な実用的応用の妨げとなっている。高圧高温(HPHT)技術によって成長させたダイヤモンド基板よりも高成長速度かつ低価格のマイクロ波プラズマ化学気相成長(MPCVD)技術によって成長させたダイヤモンド基板が商業的に入手可能になった(非特許文献16〜18)。従って、MPCVD基板を使用すれば、おそらくは、ダイヤモンド電子デバイスを比較的低コストで作製できるであろう。 Although H-diamond based MISFETs have excellent electrical properties, their high cost and lack of large area single crystal diamond wafers have hampered their widespread practical application. Diamond substrates grown by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition (MPCVD) technology have become commercially available at a higher growth rate and lower cost than diamond substrates grown by high pressure high temperature (HPHT) technology (Non-patent Reference). References 16-18). Thus, using MPCVD substrates would probably allow diamond electronic devices to be made at relatively low cost.

その一方で、大面積の単結晶ダイヤモンドウエハーが存在しないことで、ダイヤモンド電子デバイスの小型化が促される。本願発明者の以前の研究(非特許文献19,20)では、ソース/ドレインとゲートコンタクトとの間の隙間(IS/D−G)をなくすことによって小型化されたH−ダイヤモンドMISFETを作製した。IS/D−GのないH−ダイヤモンドMISFETのオン抵抗(RON)はIS/D−GのあるMISFETよりも非常に低いものであった。その電流出力及び外因(extrinsic)相互コンダクタンス(g)も大きく改善された。他に、H−ダイヤモンドMISFET(以下、特に混同を生じない限り、単に「MISFET」と略称することがある)についてゲート長(L)の小型化に注力した研究も報告されている。今までに、H−ダイヤモンドMISFETのLはほぼ100nmまで小型化されている(非特許文献21)。H−ダイヤモンド金属−半導体FETについての最短Lはわずか50nmであった(非特許文献22)。 On the other hand, the absence of a large-area single crystal diamond wafer promotes miniaturization of the diamond electronic device. In the present inventor's previous studies (Non-patent Document 19 and 20), making the H- diamond MISFET miniaturized by eliminating the gap between the source / drain and gate contacts (I S / D-G) did. No I S / D-G H- ON resistance of the diamond MISFET (R ON) was very low than MISFET with I S / D-G. Its current output and extrinsic transconductance (g m ) were also greatly improved. In addition, a study focusing on miniaturization of the gate length (L G ) of H-diamond MISFET (hereinafter, may be simply referred to as “MISFET” unless otherwise confused) is also reported. Ever, H- L G diamond MISFET is miniaturized to almost 100 nm (Non-Patent Document 21). H- diamond metal - shortest L G of the semiconductor FET was only 50 nm (Non-Patent Document 22).

H−ダイヤモンドMISFETの小型化の進展に伴って、そのようなMISFETでの短チャネル効果(SCE)を抑制することが主要な問題の一つとなる。プレーナ型のSi、InGaAs、及びGaNに基づくMISFETについてのSCEを抑えるために、トリプルゲート(triple-gate)MISFETアーキテクチャが開発された(非特許文献23〜31)。ここで、「トリプルゲートFET」とは、チャネルが形成される半導体を立体構造にして、その2つの側壁及び上面にチャネルを形成した構造のFETである。同じ領域(基板専有面積)で比べると、絶縁体と半導体との間の接触面の大きさは、トリプルゲートMISFETの方がプレーナ型の場合よりも大きいので、電流出力はトリプルゲートMISFETの方がはるかに大きくなると考えられる。従って、H−ダイヤモンド上でトリプルゲートMISFETを作成することができれば、H−ダイヤモンドデバイスの小型化に当たって、SCEをなくしまたより大きな電流出力を与えるための重要なステップとなるであろう。 With the progress of miniaturization of H-diamond MISFET, suppressing the short channel effect (SCE) in such MISFET becomes one of the main problems. In order to suppress SCE for planar type MISFETs based on Si, InGaAs, and GaN, a triple-gate MISFET architecture has been developed (Non-Patent Documents 23 to 31). Here, the “triple gate FET” is an FET having a structure in which a semiconductor in which a channel is formed has a three-dimensional structure and channels are formed on two sidewalls and an upper surface thereof. Compared with the same area (the area occupied by the substrate), the size of the contact surface between the insulator and the semiconductor is larger in the triple gate MISFET than in the planar type, so the current output of the triple gate MISFET is larger. It is expected to be much larger. Therefore, if a triple-gate MISFET can be formed on H-diamond, it will be an important step to eliminate SCE and give a larger current output in the miniaturization of H-diamond device.

しかしながら、従来技術においてはSi、GaAs及びGaN上でのトリプルゲートMISFETを作製することはできたが、ダイヤモンド上でこの構造を実現することはできなかった。それは、Si、GaAs、GaN上でのトリプルゲートを形成するために利用されているプロセスはダイヤモンド上にトリプルゲートを形成するために利用することができなかったためである。換言すれば、ダイヤモンドのフィンパターンの作製プロセスは特別なものであり、そのためダイヤモンド上でトリプルゲートMISFETを実現するための鍵となるゲート構造を作製できなかったためである。実際、これまでにプレーナ型及びT型H−ダイヤモンドMISFETは作製されたが、ダイヤモンドによるトリプルゲートMISFETについては作製に成功したという報告はこれまでなされていない。 However, in the prior art, a triple gate MISFET on Si, GaAs and GaN could be produced, but this structure could not be realized on diamond. This is because the process used to form triple gates on Si, GaAs, GaN could not be used to form triple gates on diamond. In other words, the manufacturing process of the diamond fin pattern is special, and therefore, the key gate structure for realizing the triple gate MISFET on the diamond could not be manufactured. In fact, although planar type and T-type H-diamond MISFETs have been produced so far, no report has been made so far regarding the successful production of a triple gate MISFET made of diamond.

本発明の課題は上述した従来技術の問題を解消し、動作可能なトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETを与えることにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and provide an operable triple gate H-diamond MISFET.

本発明の一側面によれば、以下のステップ(A)〜(E)を設けた、トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの製造方法が与えられる。
(A)ダイヤモンド基板上にタングステン金属層を形成し、前記タングステン金属層をフォトレジストのマスクを介してエッチングすることにより、前記ダイヤモンド基板上にタングステン金属のマスクを形成する。
(B)前記タングステン金属のマスクを介して前記ダイヤモンド基板を選択的にエッチングし、次いで前記タングステン金属のマスクを除去することにより、ダイヤモンド基板上にフィンバターンを形成する。
(C)前記フィンパターンの上にH−ダイヤモンド層をエピタキシャル成長させる。
(D)前記H−ダイヤモンド層を表面に有するフィンパターンの少なくとも一部が前記ダイヤモンド基板上に残ったメサ構造を形成するため、前記H−ダイヤモンド層を選択的にエッチングする。
(E)前記メサ構造を形成した前記ダイヤモンド基板表面にゲート絶縁体層及びゲート電極用導電体層を堆積させる。
(F)前記堆積したゲート絶縁体層及びゲート電極用導電体層を選択的にエッチングして前記H−ダイヤモンド層を表面に有するフィンパターンの途中にゲートを形成するとともに、前記ゲートが形成される位置から見て前記フィンパターンの一方の側をソースとし、他方の側をドレインとする。
ここで、前記ステップ(E)の前に、前記H−ダイヤモンド層を表面に有するフィンパターンの前記一方の側及び他方の側に夫々電気的に接続するようにソース電極及びドレイン電極用の導電体を形成するステップを設けてよい。
また、前記フィンパターンは複数の互いに平行なフィンを有してよい。
本発明の他の側面によれば、ダイヤモンド基板上に少なくとも表面がH−ダイヤモンドであるフィンが設けられており、前記フィンの側面及び上面にチャネルが形成されたトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETが与えられる。
本発明の更に他の側面によれば、ダイヤモンド基板、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有し、前記ダイヤモンド基板上には単数または複数のフィンを有するフィンパターンが形成されており、前記フィンパターンの少なくとも表面はH−ダイヤモンドからなり、前記フィンパターンの上面及び側面には絶縁体層を介して前記ゲート電極が形成されており、前記ゲート電極を間に挟んで対峙する第1の側と第2の側には前記ゲート電極から離れてそれぞれ前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられている、トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETが与えられる。
ここで、前記H−ダイヤモンドの層は前記ダイヤモンド基板の一体部分である一体構造物表面に形成されたエピタキシャル層であってよい。
また、前記フィンの側壁は前記ダイヤモンド基板表面に対して傾斜した角度を有してよい。
また、前記フィンが複数本設けられ、隣接する前記フィンの対向する側壁はV字状の溝を形成してよい。
あるいは、前記フィンの側壁は前記ダイヤモンド基板表面に対して垂直であってよい。
また、ゲートとドレイン及びソースの少なくとも一方とが前記フィン上で間隔なしで隣接してよい。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a triple-gate H-diamond MISFET, which includes the following steps (A) to (E).
(A) A tungsten metal layer is formed on a diamond substrate, and the tungsten metal layer is etched through a photoresist mask to form a tungsten metal mask on the diamond substrate.
(B) A fin pattern is formed on the diamond substrate by selectively etching the diamond substrate through the tungsten metal mask and then removing the tungsten metal mask.
(C) An H-diamond layer is epitaxially grown on the fin pattern.
(D) The H-diamond layer is selectively etched to form a mesa structure in which at least a part of the fin pattern having the H-diamond layer on the surface remains on the diamond substrate.
(E) A gate insulator layer and a gate electrode conductor layer are deposited on the surface of the diamond substrate on which the mesa structure is formed.
(F) The deposited gate insulator layer and gate electrode conductor layer are selectively etched to form a gate in the middle of a fin pattern having the H-diamond layer on the surface, and the gate is formed. One side of the fin pattern is a source and the other side is a drain as viewed from the position.
Here, before the step (E), conductors for a source electrode and a drain electrode are electrically connected to the one side and the other side of the fin pattern having the H-diamond layer on the surface thereof, respectively. May be provided.
Also, the fin pattern may include a plurality of fins that are parallel to each other.
According to another aspect of the present invention, a fin at least the surface is H- diamond is provided on the diamond substrate, the full fin side and a triple gate H- diamond MISFET the channel is formed on the upper surface Given.
According to still another aspect of the present invention, a fin pattern having a diamond substrate, a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, and having one or more fins is formed on the diamond substrate. Of at least the surface is made of H-diamond, and the gate electrode is formed on the upper surface and the side surface of the fin pattern with an insulator layer interposed therebetween. The gate electrode is sandwiched between the first side and the first side. On the side of 2, there is provided a triple gate H-diamond MISFET in which the source electrode and the drain electrode are provided separately from the gate electrode, respectively .
Here, the H- diamond layer may be an epitaxial layer formed on the integral structure surface is an integral part of the diamond substrate.
In addition, the sidewall of the fin may have an inclined angle with respect to the surface of the diamond substrate.
Further, a plurality of the fins may be provided, and the opposing side walls of the adjacent fins may form a V-shaped groove.
Alternatively, the sidewalls of the fins may be perpendicular to the diamond substrate surface.
Further, the gate and at least one of the drain and the source may be adjacent to each other on the fin without any space.

本発明によれば、良好に動作するトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETを与えることができる。このトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETは同じサイズでH−ダイヤモンド上に作製したプレーナ型MISFETに比べて高性能であり、かつ短チャネル効果を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a triple gate H-diamond MISFET that operates well. This triple gate H-diamond MISFET has higher performance than a planar type MISFET formed on H-diamond in the same size, and can suppress the short channel effect.

H−ダイヤモンドのフィンパターンの製造プロセスを概念的に示す図。The figure which shows notionally the manufacturing process of the fin pattern of H- diamond. H−ダイヤモンドのフィンパターン上でのトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの製造プロセスを概念的に示す図。FIG. 3 is a diagram conceptually showing a manufacturing process of a triple gate H-diamond MISFET on an H-diamond fin pattern. 図1Bに示す製造プロセスで完成したトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの概念図。The conceptual diagram of the triple gate H-diamond MISFET completed by the manufacturing process shown in FIG. 1B. 本発明の実施例1において作製された試料全体及びその中の2つのトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの上面写真。The top surface photograph of the whole sample produced in Example 1 of this invention and two triple gate H-diamond MISFETs in it. 本発明の実施例1の製造過程におけるフィンパターンを形成したダイヤモンド基板のSEM像。5 is an SEM image of a diamond substrate on which a fin pattern is formed in the manufacturing process of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の製造過程におけるフィンパターンを形成したダイヤモンド基板のSEM像。5 is an SEM image of a diamond substrate on which a fin pattern is formed in the manufacturing process of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETのTEM像。3 is a TEM image of the triple gate H-diamond MISFET of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETのTEM像。3 is a TEM image of the triple gate H-diamond MISFET of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETのTEM像。3 is a TEM image of the triple gate H-diamond MISFET of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETのTEM像。差し込み図はダイヤモンド基板のエッチング領域上に成長したH−ダイヤモンドエピタキシャル層のSADパターンである。3 is a TEM image of the triple gate H-diamond MISFET of Example 1 of the present invention. The inset is the SAD pattern of the H-diamond epitaxial layer grown on the etched area of the diamond substrate. 本発明の実施例1のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETのTEM像。3 is a TEM image of the triple gate H-diamond MISFET of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1のトリプルゲートMISFETの構造を示す概念図。1 is a conceptual diagram showing the structure of a triple gate MISFET according to a first embodiment of the present invention. 比較例のプレーナ型MISFETの構造を示す概念図。The conceptual diagram which shows the structure of the planar type MISFET of a comparative example. 本発明の実施例1のMISFETのリーク電流Ileakのグラフ。ここで丸(○)はトリプルゲートMISFETのIleakを、四角(□)はプレーナ型MISFETのIleakを示す。5 is a graph of a leak current I leak of the MISFET according to the first embodiment of the present invention. Here, a circle (◯) indicates I leak of the triple gate MISFET, and a square (□) indicates I leak of the planar type MISFET. 本発明の実施例1のトリプルゲートMISFETのIDS−VDS特性のグラフ。ここで、VGSは−10.0Vから20.0Vまで+1.0Vステップで変化させた。3 is a graph of I DS -V DS characteristics of the triple-gate MISFET of Example 1 of the present invention. Here, V GS was changed from -10.0 V to 20.0 V in +1.0 V steps. 比較例のプレーナ型MISFETのIDS−VDS特性のグラフ。ここで、VGSは−10.0Vから20.0Vまで+1.0Vステップで変化させた。6 is a graph of I DS -V DS characteristics of a planar type MISFET of a comparative example. Here, V GS was changed from -10.0 V to 20.0 V in +1.0 V steps. 本発明の実施例1のトリプルゲートMISFET(上)及び比較例のプレーナ型MISFET(下)のlog|IDS|−VGS特性を示すグラフ。6 is a graph showing log| IDS |-V GS characteristics of the triple-gate MISFET (top) of Example 1 of the present invention and the planar type MISFET of the comparative example (bottom). 本発明の実施例1のトリプルゲートMISFET(上)及び比較例のプレーナ型MISFET(下)の−√(|IDS|)−VGS特性を示すグラフ。6 is a graph showing −√(|I DS |)-V GS characteristics of the triple-gate MISFET (top) of Example 1 of the present invention and the planar MISFET (bottom) of Comparative Example. 本発明の実施例1のトリプルゲートMISFET(上)及び比較例のプレーナ型MISFET(下)のg−VGS特性を示すグラフ。3 is a graph showing g m -V GS characteristics of the triple-gate MISFET (top) of Example 1 of the present invention and the planar MISFET (bottom) of Comparative Example. 本発明の実施例2である、ソース/ドレインとゲートとの間隔(IS/D−G)が2.0μmのトリプルゲートMISFETの断面構造を示す概念図。ここでゲート長(L)は500nmである。FIG. 6 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a triple-gate MISFET having a source/drain/gate spacing ( IS/ DG) of 2.0 μm, which is Embodiment 2 of the present invention. Here, the gate length (L G ) is 500 nm. 本発明の実施例2のトリプルゲートMISFETの上面写真。The top surface photograph of the triple gate MISFET of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2のトリプルゲートMISFETのIDS−VDS特性を示すグラフ。ここで、VGSは−10.0Vから20.0Vまで+1.0Vステップで変化させた。6 is a graph showing I DS -V DS characteristics of the triple gate MISFET of Example 2 of the present invention. Here, V GS was changed from -10.0 V to 20.0 V in +1.0 V steps. 本発明の実施例3のトリプルゲートMISFETを作成するために第2のフィンパターンが形成されたダイヤモンド基板のSEM像。フィンの長さは7μmであり、また各フィンの幅及びフィンの間隔はともに500nmである。5 is an SEM image of a diamond substrate on which a second fin pattern is formed in order to manufacture the triple gate MISFET of Example 3 of the present invention. The length of the fin is 7 μm, and the width of each fin and the space between the fins are both 500 nm. 第2のフィンパターンが形成されたダイヤモンド基板上に形成された本発明の実施例3のトリプルゲートMISFETのTEM像。L及びIS/D−Gは何れも500nmである。7 is a TEM image of the triple-gate MISFET of Example 3 of the present invention formed on the diamond substrate on which the second fin pattern is formed. L G and I S / D-G are each a 500 nm. 本発明の実施例3のトリプルゲートMISFETのIDS−VDS特性を示すグラフ。VGSは−10.0Vから20.0Vまで+1.0Vステップで変化させた。7 is a graph showing I DS -V DS characteristics of the triple gate MISFET of Example 3 of the present invention. V GS was changed from -10.0 V to 20.0 V in +1.0 V steps. 本発明の実施例4のIS/D−GなしトリプルゲートMISFETの断面構造を示す概念図。このMISFETは頂部長及び底部長が夫々2.5μm及び500nmのT字型ゲートを有している。FIG. 9 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of an IS /DG- less triple gate MISFET of Example 4 of the present invention. This MISFET has T-shaped gates having a top length and a bottom length of 2.5 μm and 500 nm, respectively. 本発明の実施例4の2つのIS/D−GなしトリプルゲートMISFETの上面写真。The top surface photograph of two IS /DG- less triple gate MISFETs of Example 4 of this invention. 本発明の実施例4のIS/D−GなしトリプルゲートMISFETのIDS−VDS特性を示すグラフ。VGSは−10.0Vから20.0Vまで+1.0Vステップで変化させた。16 is a graph showing I DS -V DS characteristics of the triple gate MISFET without IS / DG of Example 4 of the present invention. V GS was changed from -10.0 V to 20.0 V in +1.0 V steps.

ここで、本願発明者はダイヤモンド基板上にフィンパターンを使用したトリプルゲートMISFETを作製する新規な方法を見出し、それに基づいてMPCVD単結晶ダイヤモンド基板上のH−ダイヤモンドトリプルゲートMISFETを作製した。このMISFETの電気的な特性をプレーナ型のMISFETと比較した。トリプルゲートMISFETのIDS,maxは−242.0mA mm−1であったが、この値はプレーナ型の−45.2mA mm−1よりもはるかに高いものであった。これに加えて、このトリプルゲートMISFETのオン/オフ比及びサブスレッショルドスイングは夫々10よりも大きくまた110mV dec−1もの低い値であった。 Here, the inventor of the present application found a novel method for producing a triple gate MISFET using a fin pattern on a diamond substrate, and based on this, produced an H-diamond triple gate MISFET on an MPCVD single crystal diamond substrate. The electrical characteristics of this MISFET were compared with those of a planar type MISFET. The triple gate MISFET had an I DS,max of −242.0 mA mm −1 , which was much higher than the planar type −45.2 mA mm −1 . In addition to this, the on/off ratio and the subthreshold swing of this triple gate MISFET were values higher than 10 8 and 110 mV dec -1 respectively.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

<実施例1:フィンパターンH−ダイヤモンド上で作製したトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET>
図1Aはフィンパターンを形成したH−ダイヤモンドの製造プロセスを概念的に示す図、図1BはトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの製造プロセスを概念的に示す図、図1Cは完成したトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの概念図、また図1Dは作製された試料全体及びその中の2つのトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの上面写真である。ダイヤモンド(001)基板上にフィンパターンを形成するため、先ず、原子スパッタシステムを使用してタングステン(W)金属をスパッタする(図1Aのステップ1)。フォトレジスト(実施例ではポジ型フォトレジストFEP−171を使用)を基板上にコーティングし、電子ビーム(EB)リソグラフィーシステムを使用してフィンの型を生成する(図1Aのステップ2)。誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング(inductively coupled plasma reactive ion etching、ICP−RIE)システムを使用して、フォトレジストが存在していない領域のW金属及びダイヤモンド基板を夫々ドライエッチングする(図1Aのステップ3、4;実施例では夫々SF及びO雰囲気を使用)。残されたW金属は再度SF雰囲気中で除去して、ダイヤモンド基板上にフィンパターンを形成する(図1Aのステップ5)。次に、MPCVD技術を使用してH−ダイヤモンドエピタキシャル層を基板上に成長させて、フィンパターンH−ダイヤモンドを形成する(図1Aのステップ6)。
<Example 1: Triple pattern H-diamond MISFET manufactured on fin pattern H-diamond>
FIG. 1A is a diagram conceptually showing a manufacturing process of H-diamond having a fin pattern formed, FIG. 1B is a diagram conceptually showing a manufacturing process of triple gate H-diamond MISFET, and FIG. 1C is a completed triple gate H-diamond. A conceptual view of the MISFET, and FIG. 1D is a top view photograph of the entire fabricated sample and two triple-gate H-diamond MISFETs therein. To form a fin pattern on a diamond (001) substrate, tungsten (W) metal is first sputtered using an atomic sputtering system (step 1 of FIG. 1A). Photoresist (using positive photoresist FEP-171 in the example) is coated on the substrate and an electron beam (EB) lithography system is used to create the fin mold (step 2 in FIG. 1A). An inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) system is used to dry etch the W metal and diamond substrate, respectively, in areas where photoresist is not present (step 3 of FIG. 1A). 4; Examples use SF 6 and O 2 atmospheres, respectively). The remaining W metal is removed again in the SF 6 atmosphere to form a fin pattern on the diamond substrate (step 5 in FIG. 1A). Next, an H-diamond epitaxial layer is grown on the substrate using the MPCVD technique to form a fin pattern H-diamond (step 6 of FIG. 1A).

フィンパターンH−ダイヤモンドを形成した後、トリプルゲートMISFETを作成する。このプロセスを図1Bに示す。先ず、フィンパターンH−ダイヤモンドをO雰囲気中で容量結合性プラズマRIE(CCP−RIE)システムを使用してエッチングし、メサ構造を形成する(図1Bのステップ1)。電子銃(E銃)蒸着システムを使用してパラジウム/チタン/金(Pd/Ti/Au)オーミックコンタクトをフィンパターンH−ダイヤモンド上に蒸着して、ソース/ドレイン電極を形成する(図1Bのステップ2)。なお、ここではH−ダイヤモンドへのオーミックコンタクトを形成するためにPd/Ti/Auという層構成を使用したが、もちろん他の通常使用される層構成(例えばAu)とすることもできる。原子層堆積(ALD)及び超高真空(UHV)スパッタ技術を使用して、酸化アルミニウム(Al)ゲート絶縁体及びアルミニウム(Al)ゲート電極を夫々デポジットする(図1Bのステップ3)。次に、これをPMGI−SF6S/FEP−171二層フォトレジスト等のフォトレジストで覆ってEBリソグラフィーシステムで露光し、ゲートの型を形成する。フォトレジストが存在していない領域のAl及びAlを夫々混酸及び水酸化テトラメチルアンモニウム(tetramethylammonium hidroxide、TMAH)溶液によってウエットエッチングする。フォトレジストをN−メチルピロリドン(N-methylpyrrolidone、NMP)溶液中でリフトオフすると、トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETが得られる(図1Bのステップ4)。 After forming the fin pattern H-diamond, a triple gate MISFET is formed. This process is shown in FIG. 1B. First, the fin pattern H-diamond is etched in an O 2 atmosphere using a capacitively coupled plasma RIE (CCP-RIE) system to form a mesa structure (step 1 in FIG. 1B). Palladium/titanium/gold (Pd/Ti/Au) ohmic contacts are deposited on the fin pattern H-diamond using an electron gun (E gun) deposition system to form the source/drain electrodes (step of FIG. 1B). 2). Although a layered structure of Pd/Ti/Au is used here to form an ohmic contact with H-diamond, it is of course possible to use another layered structure that is normally used (for example, Au). Atomic oxide deposition (ALD) and ultra high vacuum (UHV) sputtering techniques are used to deposit aluminum oxide (Al 2 O 3 ) gate insulator and aluminum (Al) gate electrode, respectively (step 3 in FIG. 1B). Next, this is covered with a photoresist such as PMGI-SF6S/FEP-171 bilayer photoresist and exposed by an EB lithography system to form a gate mold. Al and Al 2 O 3 in regions where the photoresist is not present are wet-etched with mixed acid and tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution, respectively. Lifting off the photoresist in N-methylpyrrolidone (NMP) solution yields a triple-gate H-diamond MISFET (step 4 in FIG. 1B).

同じダイヤモンド基板上に、トリプルゲートMISFETと同時にプレーナ型MISFETも同時に作製した。図1Dの上側の写真は、このようにして作製された試料全体の上面写真である。設計上のMISFETの総数は128であった。しかし、図中に示すように、作製プロセス中に3個のオーミックコンタクトが脱落した。図1Dの下側の写真は試料全体のうちの2つのトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの拡大写真である。これらのMISFETのL(図1Cを参照)、IS/D−G及びゲート幅(W)(図1Cを参照)は夫々500nm、500nm及び100.5μmであった。なお、図1Dの下側の写真は、正確に表現すれば、ドレイン電極を共通接続した2つのトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの対を示しているが、表現の簡略化のため、このように接続されたMISFETの対を本願明細書では単に2つのMISFETと呼んでいることに注意されたい。 A planar type MISFET and a triple gate MISFET were simultaneously formed on the same diamond substrate. The upper photograph in FIG. 1D is a top photograph of the entire sample thus produced. The total number of MISFETs in the design was 128. However, as shown in the figure, three ohmic contacts dropped during the fabrication process. The lower photograph in FIG. 1D is an enlarged photograph of two triple-gate H-diamond MISFETs out of the entire sample. These MISFET L G (see Figure 1C), (see Figure 1C) I S / D-G and the gate width (W G) are each 500nm, it was 500nm and 100.5Myuemu. The lower photo of FIG. 1D shows the pair of two triple-gate H-diamond MISFETs in which the drain electrodes are commonly connected to each other, but to simplify the expression, the connection is as follows. It should be noted that the paired MISFETs referred to herein are simply two MISFETs.

<表面及び界面の形態>
図2A及び図2Bはフィンパターンを形成したダイヤモンド基板の走査電子顕微鏡(SEM)像を示し、図2Bの方が高倍率である。また、図2C〜図2GはトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの透過電子顕微鏡(TEM)像である。図2Fの差し込み図はダイヤモンド基板のエッチング領域状に成長したH−ダイヤモンドエピタキシャル層の制限視野解説(SAD)パターンである。図2A及び図2Bに示すSEM像から、ダイヤモンドフィンパターンの全幅は100.5μmであり、これはMISFETのWと同じである。フィン長は7μmである。各フィンの幅と2つのフィンの間隔は何れも500nmである。フィンの高さは3D測定レーザー顕微鏡により500nmであることを確認した。なお、図2Aに示された一つのフィンパターン全体は図1Bのステップ1に概念的に図示されている単一のメサ構造で覆われ、最終的には一つのフィンパターン全体が一つのトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETに収容されてそのゲート構造を実現するために使用される。
<Morphology of surface and interface>
2A and 2B show scanning electron microscope (SEM) images of a diamond substrate having a fin pattern, and FIG. 2B has a higher magnification. 2C to 2G are transmission electron microscope (TEM) images of the triple gate H-diamond MISFET. The inset of FIG. 2F is the selected area description (SAD) pattern of the H-diamond epitaxial layer grown in the etched region of the diamond substrate. The SEM images shown in FIGS. 2A and 2B, the entire width of the diamond fin pattern is 100.5Myuemu, which is the same as W G of MISFET. The fin length is 7 μm. The width of each fin and the distance between the two fins are both 500 nm. The height of the fin was confirmed to be 500 nm by a 3D measuring laser microscope. It should be noted that the entire fin pattern shown in FIG. 2A is covered by the single mesa structure conceptually shown in step 1 of FIG. 1B, and finally the entire fin pattern is a triple gate. It is housed in an H-diamond MISFET and used to realize its gate structure.

図2C中には、H−ダイヤモンドトリプルゲートMISFETのゲート、ソース及びドレインコンタクトが明確に示されている。MPCVD技術を使用してH−ダイヤモンドエピタキシャル層を成長させた後では、フィンの長さ及び幅は夫々7.8μm及び600nmに増大した。また、図2Dから、2つのフィンの間隔及びフィンの高さは夫々400nm及び340nmに減少したことがわかる。図2EからH−ダイヤモンドエピタキシャル層の厚さが約50nmであることがわかり、図2Fからは2つのフィンの間の角度が60°であることがわかる。このトリプルゲートMISFETの各フィンの2つの傾斜した活性面(チャネルとして機能するH−ダイヤモンド表面;フィンの上面に加えて、両側面もチャネルとして機能する)は The gate, source and drain contacts of the H-diamond triple gate MISFET are clearly shown in FIG. 2C. After growing the H-diamond epitaxial layer using the MPCVD technique, the fin length and width increased to 7.8 μm and 600 nm, respectively. Also, from FIG. 2D, it can be seen that the spacing between the two fins and the height of the fins were reduced to 400 nm and 340 nm, respectively. It can be seen from FIG. 2E that the thickness of the H-diamond epitaxial layer is about 50 nm, and from FIG. 2F that the angle between the two fins is 60°. The two tilted active surfaces of each fin of this triple-gate MISFET (H-diamond surface functioning as a channel; in addition to the top surface of the fin, both side surfaces also function as channels)

側面である。トリプルゲートMISFETの等価Wは139.6μmと計算できる。ALD−Alの厚さはほぼ27.9nmであって、エリプソメーターシステムを使用した測定の結果と良く一致する。図2Fの差し込み図であるSADパターンは、エッチング領域上に成長したH−ダイヤモンドも(001)方向の単結晶性が維持されることを示している。図2Gからわかるように、ほぼ0.6nm厚の界面層がH−ダイヤモンドとAlとの間に存在しているが、この層はAlN/H−ダイヤモンド界面にも観察される(非特許文献32)。この層が何によるものであるかは今のところ不明である。しかし、これはおそらくは酸化物あるいは窒化物とH−ダイヤモンドエピタキシャル層上の吸着質との反応によってもたらされるものであろう。 On the side. Equivalent W G of the triple gate MISFET can be calculated and 139.6μm. The thickness of ALD-Al 2 O 3 is approximately 27.9 nm, which is in good agreement with the result of measurement using an ellipsometer system. The inset SAD pattern in FIG. 2F shows that the H-diamond grown on the etched region also maintains single crystallinity in the (001) direction. As can be seen in FIG. 2G, an interface layer of approximately 0.6 nm thickness exists between H-diamond and Al 2 O 3 , but this layer is also observed at the AlN/H-diamond interface (non- Patent document 32). It is unknown at this time what this layer is responsible for. However, this is probably due to the reaction of the oxide or nitride with the adsorbate on the H-diamond epitaxial layer.

<トリプルゲートMISFET及びプレーナ型MISFETの電気的特性>
図3A及び図3Bは夫々トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET及びプレーナ型H−ダイヤモンドMISFETの構造を示す概念図である。図3CはトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET及びプレーナ型H−ダイヤモンドMISFETのゲートリーク電流(Ileak)を表す。図3D及び図3Eは夫々トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET及びプレーナ型H−ダイヤモンドMISFETのドレイン−ソース電流対電圧関係(VDS−VDS)を表す。ここで、トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETとプレーナ型H−ダイヤモンドMISFETとは、同じL、W及びIS/D−Gを有している。両MISFETの違いは、トリプルゲートMISFETではダイヤモンド基板上にフィンパターンが存在している点である。これらのMISFETのIleakカーブは、VGSを30.0Vから−10Vまで変化させながら、ゲートコンタクトとソースコンタクトとの間での電流−電圧関係を測定することによって得られた。VGSが−10Vでは、ホールがAl/ダイヤモンド界面に集積し、MISFETはオン状態になる。トリプルゲートMISFETのIleakは1.4×10−10Aであったが、これはプレーナ型MISFETの2.3×10−12Aよりも大きい。これはおそらくはトリプルゲートMISFETの等価W及びエッチング表面が、プレーナ型のそれらに比べて夫々長くまた荒れが大きいことによると考えられる。プレーナ型MISFETのIleak密度は、ゲート電極の面積(5.025×10−7cm)で除算したIleakを用いて、4.6×10−6A cm−2と計算できる。この値は、Al/H−ダイヤモンドMISキャパシタについての1.1×10−7A cm−2よりも一桁大きい。MISFETの製造プロセスはMISキャパシタよりも複雑であるため、MISFETのゲートあるいはソース/ドレイン領域の損傷や欠陥はMISキャパシタのそれらよりも甚だしく、おそらくはこれによってMISFETのIleakの方がより大きくなると考えられる。VGSが30.0Vである場合には、ホールがAl/H−ダイヤモンド界面に集積するのは困難であり、MISFETはオフ状態になる。トリプルゲートMISFETのIleakは1.8×10−12Aであるが、この値はプレーナ型の場合の1.2×10−10Aよりも小さい。従って、オフ状態において、ゲート電力損失はトリプルゲートMISFETの方が小さくなる。
<Electrical Characteristics of Triple Gate MISFET and Planar MISFET>
3A and 3B are conceptual diagrams showing the structures of a triple gate H-diamond MISFET and a planar type H-diamond MISFET, respectively. FIG. 3C shows the gate leakage current (I leak ) of the triple gate H-diamond MISFET and the planar type H-diamond MISFET. FIGS. 3D and 3E is a drain of each triple gate H- diamond MISFET and a planar type H- diamond MISFET - represents the source current versus voltage relationship (V DS -V DS). The triple gate H- diamond MISFET and a planar-type H- diamond MISFET, have the same L G, W G and I S / D-G. The difference between the two MISFETs is that the fin pattern is present on the diamond substrate in the triple gate MISFET. The I leak curves for these MISFETs were obtained by measuring the current-voltage relationship between the gate and source contacts while varying V GS from 30.0V to -10V. When V GS is −10 V, holes are accumulated at the Al 2 O 3 /diamond interface and the MISFET is turned on. I leak of the triple gate MISFET was 1.4×10 −10 A, which is larger than 2.3×10 −12 A of the planar type MISFET. This perhaps is equivalent W G and etching the surface of the triple gate MISFET, is believed to be due to compared to their planar respective longer also rough large. The I leak density of the planar type MISFET can be calculated as 4.6×10 −6 A cm −2 by using I leak divided by the area of the gate electrode (5.025×10 −7 cm 2 ). This value is an order of magnitude larger than 1.1×10 −7 A cm −2 for Al 2 O 3 /H-diamond MIS capacitors. Since the manufacturing process of a MISFET is more complicated than that of a MIScapacitor, the damage or defects in the gate or source/drain regions of the MISFET are more severe than those of a MIScapacitor, and it is presumed that this makes the I leak of the MISFET larger. .. When V GS is 30.0 V, it is difficult for holes to accumulate at the Al 2 O 3 /H-diamond interface and the MISFET is turned off. I leak of the triple gate MISFET is 1.8×10 −12 A, but this value is smaller than 1.2×10 −10 A in the planar type. Therefore, in the off state, the gate power loss is smaller in the triple gate MISFET.

図3D及び図3EのトリプルゲートMISFET及びプレーナ型MISFETのIDS−VDS特性の測定に当たって、VGSは−10.0Vから20.0Vまで+1.0V刻みで変化させた。両タイプのMISFETについて同じ面積でそれらの電気的特性を比較するため、トリプルゲートMISFETについてのIDSもWで正規化した(等価Wではない)。両タイプのMISFETは明確にp型チャネル特性及びピンチオフ特性を示している。両タイプのMISFETとも、IDSとVDSの低電圧領域との間には良好な線形関係が成り立っている。これは、Pd/Ti/AuとH−ダイヤモンドチャネル層との間で良好なオーミックコンタクトができていることを示している。トリプルゲートMISFETのIDS,maxは−242.0mA mm−1であったが、この値はプレーナ型の場合の−45.2mA mm−1よりもはるかに大きい。 In measuring the I DS -V DS characteristics of the triple gate MISFET and the planar type MISFET of FIGS. 3D and 3E, V GS was changed from -10.0 V to 20.0 V in +1.0 V steps. To compare their electrical characteristics in the same area for both types of MISFET, I DS for triple gate MISFET also normalized by W G (Not equal to W G). Both types of MISFETs clearly show p-type channel characteristics and pinch-off characteristics. Both types of MISFETs have a good linear relationship between the low voltage region of I DS and V DS . This indicates that good ohmic contact was established between Pd/Ti/Au and the H-diamond channel layer. The triple gate MISFET had an I DS,max of −242.0 mA mm −1 , which is much larger than −45.2 mA mm −1 in the planar type.

で正規化したRONはIDS−VDS特性の線形領域から抽出することができる。このようにして求められたW正規化RONは、トリプルゲートMISFET及びプレーナ型MISFETについて夫々23.0Ω mm及び98.0Ω mmである。トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETのRONはAl絶縁体下のフィンパターンチャネル抵抗(RCH)、IS/D−Gが500nmの場合のフィンパターンH−ダイヤモンド表面抵抗(2RSD)、及びPd/Ti/Auオーミック接続抵抗(2R)で構成される。2RはRCH及び2RSDよりもはるかに小さいので、2Rは無視できる。IS/D−Gが2.0μmの実施例2のトリプルゲートMISFET(後述)のRON値と組み合わせることによって、RCH及び2RSDは夫々16.6Ω mm及び6.4Ω mmであると推定できる。 Normalized R ON in W G can be extracted from the linear region of the I DS -V DS characteristics. W G normalized R ON determined in this way are respectively 23.0Omu mm and 98.0Omu mm for triple gate MISFET and a planar type MISFET. R ON of the triple gate H-diamond MISFET is a fin pattern channel resistance (R CH ) under an Al 2 O 3 insulator, fin pattern H-diamond surface resistance (2R SD ) when IS / DG is 500 nm, And Pd/Ti/Au ohmic connection resistance (2R C ). Since 2R C is much smaller than R CH and 2R SD, 2R C is negligible. By I S / D-G is combined with R ON value of triple-gate MISFET of Example 2 (described later) of 2.0 .mu.m, presumed R CH and 2R SD are respectively 16.6Omu mm and 6.4Omu mm it can.

DS−VDSカーブに対応する伝達特性を図4A〜図4Cに示す。図4Aの上側のグラフに示すように、トリプルゲートMISFETのオン/オフ比は10よりも大きいが、この値は図4Aの下側のグラフに示されるプレーナ型MISFETのオン/オフ比と同じレベルである。これは実用的な応用に充分なほど大きい。 A transfer characteristic corresponding to the I DS -V DS curve shown in FIG 4A~ Figure 4C. As shown in the upper graph of FIG. 4A, the on/off ratio of the triple gate MISFET is larger than 10 8 , but this value is the same as the on/off ratio of the planar MISFET shown in the lower graph of FIG. 4A. It is a level. This is large enough for practical applications.

サブスレッショルドスイング(SS)はMISFETの電力消費を評価するための重要なパラメータである。SSはlog|IDS|対VDSの逆勾配(勾配の逆数)と定義される。SSの値は、トリプルゲートMISFETの場合、図4Aの上に示すようにVDSが−10.0Vにおいて110mV dec−1であった。この値は図4Aの下に示すプレーナ型MISFETの場合の460mV dec−1よりもはるかに小さい。SSとAl/H−ダイヤモンド界面でのトラップ電荷キャパシタンス(Cit)との間には以下の関係が成立する。 Subthreshold swing (SS) is an important parameter for evaluating the power consumption of MISFET. SS is log | is defined as the inverse slope of the pair V DS (the reciprocal of the gradient) | I DS. The value of SS was 110 mV dec −1 at V DS −10.0 V as shown in the upper part of FIG. 4A for the triple gate MISFET. This value is much smaller than 460 mV dec -1 in the case of the planar type MISFET shown in the lower part of FIG. 4A. The following relationship is established between the SS and the Al 2 O 3 / H- trapped charge capacitance at the diamond surface (C it).

ここで、k、T、q、CH−diamond及び Where k, T, q, C H-diamond and

は夫々ボルツマン定数(8.62×10−5eV K−1)、室温(298.15K)、電子1個の電荷(1.6×10−19C)、H−ダイヤモンドのキャパシタンス、及びAl層のキャパシタンスである。 Are Boltzmann constant (8.62×10 −5 eV K −1 ), room temperature (298.15 K), charge of one electron (1.6×10 −19 C), capacitance of H-diamond, and Al 2 respectively. It is the capacitance of the O 3 layer.

は下式 Is the formula

から、0.171μF cm−2と計算される。ここで、εFrom this, it is calculated to be 0.171 μF cm −2 . Where ε 0 ,

、及び ,as well as

は夫々真空の誘電率(8.85×10−12F m−1)、Alの比誘電率(5.4)(非特許文献34)、及びAlの厚さ(27.9nm)である。深いサブスレッショルド領域でCH−diamondを無視できるのであれば、トリプルゲートMISFET及びプレーナ型MISFETのCit値は夫々0.143μF cm−2及び1.143μF cm−2と計算される。従って、これら両MISFETの界面トラップ電荷密度は夫々8.95×1011eV−1cm−2及び7.14×1012eV−1 cm−2と推定される。両MISFETの閾値電圧(VTH)はVGSの関数としての−√(IDS)により決定できる。図4B及び図4Cに示すように、これらの値はトリプルゲートMIS及びプレーナ型MISFETについて夫々10.2±0.1eV及び7.6±0.1eVである。従って、両MISFETはデプリーションモードで動作する。 Are vacuum permittivity (8.85×10 −12 F m −1 ), Al 2 O 3 relative permittivity (5.4) (Non-patent document 34), and Al 2 O 3 thickness (27). 1.9 nm). If C H-diamond can be ignored in the deep subthreshold region, the C it values of the triple gate MISFET and the planar MISFET are calculated to be 0.143 μF cm −2 and 1.143 μF cm −2 , respectively. Therefore, the interface trap charge densities of these two MISFETs are estimated to be 8.95×10 11 eV −1 cm −2 and 7.14×10 12 eV −1 cm −2 , respectively. The threshold voltage (V TH ) of both MISFETs can be determined by −√(I DS ) as a function of V GS . As shown in FIGS. 4B and 4C, these values are 10.2±0.1 eV and 7.6±0.1 eV for triple-gate MIS and planar MISFET, respectively. Therefore, both MISFETs operate in the depletion mode.

ONとVTHと実効移動度(μeff)との間には以下の関係がある。 There is the following relationship between R ON , V TH, and effective mobility (μ eff ).

トリプルゲートMISFETについてのRON、L、WR ON , L G , W G for the triple gate MISFET,

、VGS、VTH及びRSDは夫々23.0Ω mm、500nm、100.5μm、0.171μF cm−2、−10.0V、10.2±0.1V、及び6.4Ω mmであった。フィンパターンH−ダイヤモンドチャネル層のμeffは8.7±0.5cm−1−1と計算できる。この値は以前報告されたプレーナ型MISFETの38.7±0.5cm−1−1(非特許文献35)よりも低い。これは恐らくはフィンパターンH−ダイヤモンドの場合のエッチング領域での表面粗さが増大することが原因であろう。外因相互コンダクタンス(g)はIDS−VGSカーブの勾配によって定められる。図4Cに示すように、トリプルゲートMISFET及びプレーナ型MISFETのgmの最大値(gm,max)は21.3±0.1mS mm−1及び3.8±0.1mS mm−1であった。
, V GS , V TH, and R SD were 23.0 Ω mm, 500 nm, 100.5 μm, 0.171 μF cm −2 , −10.0 V, 10.2±0.1 V, and 6.4 Ω mm, respectively. .. The μ eff of the fin pattern H-diamond channel layer can be calculated as 8.7±0.5 cm 2 V −1 s −1 . This value is lower than the previously reported 38.7±0.5 cm 2 V −1 s −1 of the planar type MISFET (Non-Patent Document 35). This is probably due to the increased surface roughness in the etched area for fin patterned H-diamonds. Extrinsic transconductance (g m) is determined by the gradient of I DS -V GS curve. As shown in FIG. 4C, the maximum values of gm (g m,max ) of the triple gate MISFET and the planar type MISFET were 21.3±0.1 mS mm −1 and 3.8±0.1 mS mm −1 . ..

<実施例2:ソース/ドレインとゲートとの間隔(IS/D−G)が2.0μmのトリプルゲートMISFET>
図05Aに示す断面構造を有し、IS/D−Gが2.0μmである点以外は実施例1と同様にして、実施例2のトリプルゲートMISFETを作製した。
<Example 2: Triple gate MISFET having a source/drain/gate spacing ( IS/ DG) of 2.0 μm>
A triple gate MISFET of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that it had a cross-sectional structure shown in FIG. 05A and that IS / DG was 2.0 μm.

実施例2のIS/D−Gが2.0μmのトリプルゲートMISFETのIDSの最大値(IDS,max)は−207.9mA mm−1であった。この値はIS/D−Gが500nmである実施例1のトリプルゲートMISFETのIDS,maxの値である−242.0mA mm−1よりもわずかに小さい。実施例2ではWで正規化したオン抵抗(RON)は42.2Ω mmであった。IS/D−Gが500nmである実施例1のトリプルゲートMISFETのフィンパターンH−ダイヤモンドチャネル層の表面抵抗が2RSDであれば、IS/D−Gが2μmである実施例2の方の表面抵抗は8RSDであると考えられる。第1の実施例のトリプルゲートMISFETのRON(23.0Ω mm)はAl絶縁体下のフィン型チャネル抵抗(RCH)と2RSDとの合計である。実施例2であるIS/D−Gが2μmであるトリプルゲートMISFETのRON(42.2Ω mm)はRCHと8RSDとの合計である。従って、RCH及び2RSDは夫々16.6Ω mm及び6.4Ω mmと推定できる。
The maximum value of the I DS of triple-gate MISFET of I S / D-G is 2.0μm Example 2 (I DS, max) was -207.9mA mm -1. This value I S / D-G is a triple-gate MISFET of Example 1 is 500 nm I DS, slightly smaller than -242.0mA mm -1 is the value of max. In Example 2, the ON resistance (R ON ) normalized by W G was 42.2 Ω mm. If the surface resistance of the fin pattern H-diamond channel layer of the triple gate MISFET of Example 1 in which IS / DG is 500 nm is 2R SD , in Example 2 in which IS / DG is 2 μm. Is considered to have a surface resistance of 8R SD . The R ON (23.0 Ω mm) of the triple-gate MISFET of the first embodiment is the sum of fin-type channel resistance (R CH ) under the Al 2 O 3 insulator and 2R SD . R ON of triple-gate MISFET is Embodiment 2 I S / D-G is 2μm (42.2Ω mm) is the sum of the R CH and 8R SD. Therefore, R CH and 2R SD can be estimated to be 16.6 Ω mm and 6.4 Ω mm, respectively.

<実施例3:他のフィンパターンを使用してダイヤモンド基板上に作製したトリプルゲートMISFET>
図2A及び図2Bに示すSEM像とは異なるところの、図6Aに示すSEM像のフィンパターンを有する点以外は実施例1と同様にして、実施例3のトリプルゲートMISFETを作製した。
<Example 3: Triple gate MISFET manufactured on a diamond substrate using another fin pattern>
A triple gate MISFET of Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the fin pattern of the SEM image shown in FIG. 6A was provided, which was different from the SEM images shown in FIGS. 2A and 2B.

実施例1と実施例3とで、エッチングプロセスの変更によって2種類のフィンパターンを作製した。図2Bに示された実施例1のフィンパターンでは、ダイヤモンド基板の縁をエッチングしたのに対して、図6Aに示された実施例3のフィンパターンではダイヤモンド基板の縁はエッチングしなかった。図6Aに示されたフィンパターンを有する実施例3のトリプルゲートMISFETのIDS,maxは、図6Cに示すように、−202.3mA mm−1であった。この値は実施例1での値−242.0mA mm−1よりもわずかに小さい。しかしながら、何れの値も比較例のプレーナ型MISFETのIDS,max(−45.2mA mm−1)よりもかなり大きい。
In Example 1 and Example 3, two types of fin patterns were produced by changing the etching process. The fin pattern of Example 1 shown in FIG. 2B etched the edges of the diamond substrate, whereas the fin pattern of Example 3 shown in FIG. 6A did not etch the edges of the diamond substrate. The triple gate MISFET of Example 3 having the fin pattern shown in FIG. 6A had an I DS,max of −202.3 mA mm −1 as shown in FIG. 6C. This value is slightly smaller than the value in Example 1 of -242.0 mA mm -1 . However, each value is considerably larger than I DS,max (−45.2 mA mm −1 ) of the planar type MISFET of the comparative example.

<実施例4:IS/D−GのないトリプルゲートMISFET>
図7Aに示す断面構造を有し、IS/D−Gのない点以外は実施例1と同様にして、実施例4のトリプルゲートMISFETを作製した。IS/D−GなしのトリプルゲートMISFETのIDS,maxは−349.2mA mm−1であったが、この値はIS/D−Gが500nmである実施例1のIDS,max(−242.0mA mm−1)よりも大きい。また、このトリプルゲートMISFETのRONは9.8Ω mmしかなかったが、この値は実施例1のトリプルゲートMISFETのRON(23.0Ω mm)よりも低い。しかしながら、本実施例のIS/D−GなしのトリプルゲートMISFETは、VGSを変化させたときの電流出力を充分に制御できなかった。
<Example 4: Triple gate MISFET without IS / DG>
A triple-gate MISFET of Example 4 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that it had the cross-sectional structure shown in FIG. 7A and that there was no IS/ DG. I S / D-G of the triple gate MISFET without I DS, max is a was the -349.2mA mm -1, the value I S / D-G of Example 1 is 500 nm I DS, max It is larger than (-242.0 mA mm -1 ). The R ON of this triple gate MISFET was only 9.8 Ω mm, but this value is lower than the R ON (23.0 Ω mm) of the triple gate MISFET of the first embodiment. However, the triple gate MISFET without IS / DG of this example could not sufficiently control the current output when V GS was changed.

<実施例の共通事項>
− フィンパターンH−ダイヤモンドの作成 −
寸法が5.0mm×5.0mm×0.3mmの単結晶ダイヤモンド(001)基板はEDP Corpより購入した。この基板を混酸溶液(HSOとHNO、体積比1:1)中で300℃、30分浄化した。このダイヤモンド基板上に、自動スパッタリングシステム(ULVAC,JSP−8000)を使用して、W金属をArガス雰囲気中で300Wでスパッタした。スパッタしたW金属の厚さ及びスパッタ時間は夫々200nm及び30分であった。W/ダイヤモンド試料を、回転速度及び回転時間を夫々5000rpm及び1秒として、ポジ型フォトレジストFEP−171で被覆した。FEP−171フォトレジストのベーキング温度及び時間はそれぞれ120℃及び2分であった。このフォトレジストをEBリソグラフィーシステム(Elionix ELS−7000)で露光後、試料をTMAH溶液中で1.5分現像した。W金属はICP−RIEドライエッチングシステム(住友精密工業株式会社のMUC−21)を使用して、BoschプロセスでSF及びCガスによってエッチングした。SF及びCの流量は夫々75sccm及び60sccmであった。これらのプラズマ出力はそれぞれ175W及び150Wであった。フォトレジストのない領域のダイヤモンドは、同じ機器を使用してOガス雰囲気の下でエッチングした。エッチング出力、流量、チャンバー内圧力及びエッチング時間はそれぞれ400W、10sccm、0.5Pa及び25分であった。残存したWを取り除いて、フィンパターン付きダイヤモンド基板が形成された。次に、MPCVDシステム(Seki TechnotronのAX5200S)を使用して、H−ダイヤモンドエピタキシャル層を成長させた。成長前に、フィンパターン付きダイヤモンド基板をMPCVDチャンバー内において1000℃で20分、浄化した。H−ダイヤモンドエピタキシャル層の成長温度、時間及びチャンバー内圧力は夫々900〜940℃、20分及び80Torrであった。ここで、H及びCHの流量は夫々500sccm及び0.5sccmであった。
<Common items of Examples>
-Fin pattern H-Creation of diamond-
A single crystal diamond (001) substrate with dimensions of 5.0 mm×5.0 mm×0.3 mm was purchased from EDP Corp. This substrate was purified in a mixed acid solution (H 2 SO 4 and HNO 3 , volume ratio 1:1) at 300° C. for 30 minutes. On this diamond substrate, W metal was sputtered at 300 W in an Ar gas atmosphere using an automatic sputtering system (ULVAC, JSP-8000). The thickness of the sputtered W metal and the sputter time were 200 nm and 30 minutes, respectively. The W/diamond sample was coated with the positive photoresist FEP-171 at rotation speed and rotation time of 5000 rpm and 1 second, respectively. The baking temperature and time of FEP-171 photoresist were 120° C. and 2 minutes, respectively. This photoresist was exposed with an EB lithography system (Elionix ELS-7000), and then the sample was developed in a TMAH solution for 1.5 minutes. The W metal was etched by SF 6 and C 4 F 8 gas in the Bosch process using an ICP-RIE dry etching system (MUC-21 manufactured by Sumitomo Precision Industries, Ltd.). The flow rates of SF 6 and C 4 F 8 were 75 sccm and 60 sccm, respectively. These plasma powers were 175 W and 150 W, respectively. Diamond in areas without photoresist was etched under an O 2 gas atmosphere using the same equipment. The etching output, flow rate, chamber pressure and etching time were 400 W, 10 sccm, 0.5 Pa and 25 minutes, respectively. The remaining W was removed to form a fin-patterned diamond substrate. An H-diamond epitaxial layer was then grown using the MPCVD system (AX 5200S from Seki Technotron). Prior to growth, the fin patterned diamond substrate was cleaned in an MPCVD chamber at 1000° C. for 20 minutes. The growth temperature, time and chamber internal pressure of the H-diamond epitaxial layer were 900 to 940° C., 20 minutes and 80 Torr, respectively. Here, the flow rates of H 2 and CH 4 were 500 sccm and 0.5 sccm, respectively.

− トリプルゲートMISFETの作製 −
トリプルゲートAl/H−ダイヤモンドMISFETの作製は、基本的にはEBリソグラフィー、CCP−RIEドライエッチング、E銃蒸着、ALD、UHVスパッタリング、ウエットエッチング及びリフトオフ技術の組み合わせに基づいて行った。フィンパターン付きダイヤモンド基板上に、PMGI−SF6SとFEP−171二層フォトレジストを順番にコーティングした。FEP−171のベーキング条件は上述した。PMGI−SF6Sについてのベーキング温度及び時間は夫々180℃及び5分であった。H−ダイヤモンドエピタキシャルチャネル層を、CCP−RIEシステム(サムコ株式会社、RIE−200NL)を使用してO雰囲気中において圧力10Paでエッチングして、メサ構造を形成した。プラズマ出力及びエッチング時間はそれぞれ50W及び1.5分であった。Pd/Ti/Auオーミックコンタクトを、E銃蒸着システム(R−DEC Co. Ltd.、RDEB−1206K)を使用して形成した。ここでフィンパターンH−ダイヤモンド表面にPd金属を先ずコンタクトさせた。Pd、Ti及びAuの厚さは夫々10nm、20nm及び100nmであった。これらの金属の蒸着速度は夫々0.05nm s−1、0.05nm s−1及び0.2nm s−1であった。チャンバー内圧力は1.0〜2.5×10−5Paの範囲であった。Alゲート絶縁物及びAlゲート電極を、ALDシステム(Picosun、SUNALE R−100B)及びUHVスパッタリングシステム(Biemtron、LS−420R)によって、フィンパターン付きH−ダイヤモンドチャネル層上に順次堆積させた。ALD−Alの前駆物質はAl(CH及び水蒸気であった。両者でのパルス時間及びパージ時間は夫々0.1秒及び4.0秒であった。堆積温度は120℃であった。Al金属についてのプラズマ出力、チャンバー内圧力、Arガス流量及び堆積時間は夫々50W、0.3Pa、10sccm及び7分であった。Al金属は混酸溶液(HPO:HNO:CHCOOH:HOの体積比は16:2:2:1)を使用して1分間ウエットエッチングした。Al絶縁体はTMAH溶液を使用して10分間ウエットエッチングした。フォトレジストはNMP溶液により室温で3時間処理して除去した。
-Fabrication of Triple Gate MISFET-
The production of the triple gate Al 2 O 3 /H-diamond MISFET was basically carried out based on a combination of EB lithography, CCP-RIE dry etching, E-gun evaporation, ALD, UHV sputtering, wet etching and lift-off technology. PMGI-SF6S and FEP-171 bilayer photoresist were sequentially coated on a fin-patterned diamond substrate. The baking conditions for FEP-171 have been described above. The baking temperature and time for PMGI-SF6S were 180°C and 5 minutes, respectively. The H-diamond epitaxial channel layer was etched at a pressure of 10 Pa in an O 2 atmosphere using a CCP-RIE system (Samco Corporation, RIE-200NL) to form a mesa structure. Plasma power and etching time were 50 W and 1.5 minutes, respectively. Pd/Ti/Au ohmic contacts were formed using an E gun deposition system (R-DEC Co. Ltd., RDEB-1206K). Here, the fin pattern H-diamond surface was first contacted with Pd metal. The thicknesses of Pd, Ti and Au were 10 nm, 20 nm and 100 nm, respectively. The vapor deposition rates of these metals were 0.05 nm s -1 , 0.05 nm s -1, and 0.2 nm s -1 , respectively. The pressure in the chamber was in the range of 1.0 to 2.5×10 −5 Pa. Al 2 O 3 gate insulator and Al gate electrode were sequentially deposited on the fin-patterned H-diamond channel layer by ALD system (Picosun, Sunale R-100B) and UHV sputtering system (Biemtron, LS-420R). .. Precursors of ALD-Al 2 O 3 was Al (CH 3) 4 and water vapor. The pulse time and purge time in both cases were 0.1 seconds and 4.0 seconds, respectively. The deposition temperature was 120°C. The plasma output, chamber pressure, Ar gas flow rate and deposition time for Al metal were 50 W, 0.3 Pa, 10 sccm and 7 minutes, respectively. The Al metal was wet-etched for 1 minute using a mixed acid solution (volume ratio of H 3 PO 4 :HNO 3 :CH 3 COOH:H 2 O 16:2:2:1). The Al 2 O 3 insulator was wet etched for 10 minutes using TMAH solution. The photoresist was removed by treating with NMP solution at room temperature for 3 hours.

− 測定システム −
フィンパターン付きダイヤモンド基板の表面モルフォロジーはSEMシステム(株式会社日立ハイテクノロジーズ、S−4800)を使用して調べた。TEM測定用の試料は、集束イオンビームSEMシステム(セイコーインスツル株式会社、Xvision−200DB)を使用して作製した。TEMによる観察は、JEM−2100Fシステムを使用して加速電圧200kVで行った。フィンパターンの高さは3D測定レーザー顕微鏡システム(オリンパス株式会社、OLS−4000)で測定した。Al膜の厚さはエリプソメーターシステム(Five Lab,MARY−102FM)によって測定した。MISFETの電気特性はMX−200/Bプローバー(Vector Semiconductor Corp.)及びB1500Aパラメーターアナライザー(Agilent Technologies Inc.)を使用して調べた。
-Measurement system-
The surface morphology of the fin-patterned diamond substrate was examined using the SEM system (Hitachi High-Technologies Corporation, S-4800). A sample for TEM measurement was prepared using a focused ion beam SEM system (Seiko Instruments Inc., Xvision-200DB). The observation by TEM was performed using a JEM-2100F system at an acceleration voltage of 200 kV. The height of the fin pattern was measured by a 3D measuring laser microscope system (OLS-4000, Olympus Corporation). The thickness of the Al 2 O 3 film was measured by an ellipsometer system (Five Lab, MARY-102FM). The electrical characteristics of the MISFET were examined using an MX-200/B prober (Vector Semiconductor Corp.) and a B1500A parameter analyzer (Agilent Technologies Inc.).

<考察>
H−ダイヤモンドMISFETのサイズ縮小を行うに当たって、SCE問題を抑制するとともにより大きなIDS,maxを得るために、H−ダイヤモンドのトリプルゲートMISFETを作製した。表1に実施例1のトリプルゲートMISFET及びプレーナ型MISFETの電気特性のまとめを示す。
<Discussion>
In reducing the size of the H-diamond MISFET, an H-diamond triple gate MISFET was manufactured in order to suppress the SCE problem and obtain a larger I DS,max . Table 1 shows a summary of the electrical characteristics of the triple-gate MISFET and the planar type MISFET of Example 1.

表1において、トリプルゲートMISFETのオフ状態でのIleak(Ileak,off)はプレーナ型の場合に比べてほとんど2桁低い。トリプルゲートMISFETの等価Wはプレーナ型MISFETのWに比べて1.4倍しか長くないにも関わらず、トリプルゲートMISFETのIDS,maxはプレーナ型MISFETのIDS,maxの5倍も大きい。これは、実施例3に示す他のトリプルゲートMISFETでも確認された。トリプルゲートMISFETのIDS,maxが理論値よりも大きくなることを説明するに当たって、2つの理由が考えられる。傾斜したH−ダイヤモンド(111)面は平らなH−ダイヤモンド(001)面よりも高いpsheetを有することが報告されている(非特許文献36)。実施例1のトリプルゲートMISFETでは、各フィンは2つの傾斜した In Table 1, I leak (I leak,off ) in the off state of the triple gate MISFET is almost two orders of magnitude lower than that in the planar type. Equivalent W G of the triple gate MISFET despite not long only 1.4 times compared to the W G of the planar type MISFET, I DS of a triple-gate MISFET, max is I DS of the planar type MISFET, even five times the max large. This was also confirmed in the other triple gate MISFET shown in Example 3. In explaining that I DS,max of the triple-gate MISFET becomes larger than the theoretical value, there are two possible reasons. It is reported that the inclined H-diamond (111) plane has a higher p sheet than the flat H-diamond (001) plane (Non-Patent Document 36). In the triple-gate MISFET of Example 1, each fin has two slopes.

面を有しているので、フィンパターンH−ダイヤモンドチャネル層のpsheetが平らなH−ダイヤモンド(001)チャネル層よりも高いと考える根拠がある。一方、フィンパターンH−ダイヤモンドチャネル層のエッチングプロセスにより引き起こされるところの表面粗さの増大により、その等価Wは恐らく理論値よりも長くなる。 It is reasoned that the fin pattern H-diamond channel layer has a higher p sheet than the flat H-diamond (001) channel layer because it has a face. On the other hand, the increase of surface roughness where caused by the etching process of the fin pattern H- diamond channel layer, the equivalent W G is probably longer than the theoretical value.

実施例4に示すように、IS/D−GなしのトリプルゲートMISFETも作製して、その電気特性を測定した。第4の実施例ではIDS,maxは−349.2mA mm−1もの大きさとなったが、その電流出力はVGSの変化では十分に制御できなかった。IS/D−GなしのトリプルゲートMISFETではAl/Alゲート層もソース/ドレインオーミックコンタクトで覆われている。Al/Alエッチングプロセス(図1Bのステップ4)の間に、縁の領域に幾分かの損傷が起こるかもしれない。トリプルゲートMISFETのサブスレッショルド電流はフィンの中程を流れると考えられるので(非特許文献31、37s)、Al/フィンパターンH−ダイヤモンド界面でのトラップ電荷密度はAl/プレーナ型H−ダイヤモンド界面でのトラップ電荷密度よりも小さくなる。おそらくはこれがトリプルゲートMISFETのSSがプレーナ型の場合よりも大幅に低くなる理由であろう。何れのタイプのMISFETについてもVTHの値はゼロよりも大きい。このことは、これらのMISFETがノーマリーオン特性で動作していることを示している。ノーマリーオフのH−ダイヤモンドMISFETは二層ゲートを堆積させて180℃〜300℃でアニールすることによって作製することができるので、将来ノーマリーオフトリプルゲートMISFETを作製することができると期待できる。 As shown in Example 4, a triple gate MISFET without IS / DG was also manufactured and its electrical characteristics were measured. In the fourth example, I DS,max was as large as −349.2 mA mm −1 , but its current output could not be sufficiently controlled by the change in V GS . I S / D-G without triple gate Al 2 O 3 / Al gate layer in MISFET also covered with the source / drain ohmic contacts. During the Al 2 O 3 /Al etching process (step 4 in FIG. 1B), some damage may occur in the edge area. Since the subthreshold current of the triple gate MISFET is considered to flow in the middle of the fin (Non-Patent Documents 31 and 37s), the trap charge density at the Al 2 O 3 /fin pattern H-diamond interface is Al 2 O 3 /planar. It becomes smaller than the trap charge density at the H-diamond interface. Perhaps this is the reason why the SS of the triple gate MISFET is significantly lower than that of the planar type. The value of V TH is greater than zero for both types of MISFETs. This indicates that these MISFETs operate with normally-on characteristics. Since the normally-off H-diamond MISFET can be manufactured by depositing a double-layer gate and annealing at 180° C. to 300° C., it is expected that a normally-off triple-gate MISFET can be manufactured in the future.

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Claims (10)

以下のステップ(A)〜(E)を設けた、トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの製造方法。
(A)ダイヤモンド基板上にタングステン金属層を形成し、前記タングステン金属層をフォトレジストのマスクを介してエッチングすることにより、前記ダイヤモンド基板上にタングステン金属のマスクを形成する。
(B)前記タングステン金属のマスクを介して前記ダイヤモンド基板を選択的にエッチングし、次いで前記タングステン金属のマスクを除去することにより、ダイヤモンド基板上にフィンバターンを形成する。
(C)前記フィンパターンの上にH−ダイヤモンド層をエピタキシャル成長させる。
(D)前記H−ダイヤモンド層を表面に有するフィンパターンの少なくとも一部が前記ダイヤモンド基板上に残ったメサ構造を形成するため、前記H−ダイヤモンド層を選択的にエッチングする。
(E)前記メサ構造を形成した前記ダイヤモンド基板表面にゲート絶縁体層及びゲート電極用導電体層を堆積させる。
(F)前記堆積したゲート絶縁体層及びゲート電極用導電体層を選択的にエッチングして前記H−ダイヤモンド層を表面に有するフィンパターンの途中にゲートを形成するとともに、前記ゲートが形成される位置から見て前記フィンパターンの一方の側をソースとし、他方の側をドレインとする。
A method of manufacturing a triple-gate H-diamond MISFET, comprising the following steps (A) to (E).
(A) A tungsten metal layer is formed on a diamond substrate, and the tungsten metal layer is etched through a photoresist mask to form a tungsten metal mask on the diamond substrate.
(B) A fin pattern is formed on the diamond substrate by selectively etching the diamond substrate through the tungsten metal mask and then removing the tungsten metal mask.
(C) An H-diamond layer is epitaxially grown on the fin pattern.
(D) In order to form a mesa structure in which at least a part of the fin pattern having the H-diamond layer on the surface remains on the diamond substrate, the H-diamond layer is selectively etched.
(E) A gate insulator layer and a gate electrode conductor layer are deposited on the surface of the diamond substrate on which the mesa structure is formed.
(F) The deposited gate insulator layer and gate electrode conductor layer are selectively etched to form a gate in the middle of a fin pattern having the H-diamond layer on the surface, and the gate is formed. One side of the fin pattern is a source and the other side is a drain as viewed from the position.
前記ステップ(E)の前に、前記H−ダイヤモンド層を表面に有するフィンパターンの前記一方の側及び他方の側に夫々電気的に接続するようにソース電極及びドレイン電極用の導電体を形成するステップを設けた、請求項1に記載のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFETの製造方法。 Before the step (E), a conductor for a source electrode and a drain electrode is formed so as to be electrically connected to the one side and the other side of the fin pattern having the H-diamond layer on the surface. The method for manufacturing a triple-gate H-diamond MISFET according to claim 1, further comprising steps. 前記フィンパターンは複数の互いに平行なフィンを有する、請求項1または2に記載のトリプルゲートMISFETの製造方法。 The method for manufacturing a triple-gate MISFET according to claim 1, wherein the fin pattern has a plurality of fins that are parallel to each other. ダイヤモンド基板上に少なくとも表面がH−ダイヤモンドであるフィンが設けられており、
前記フィンの側面及び上面にチャネルが形成されたトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET。
A fin having at least a surface of H-diamond is provided on a diamond substrate,
Triple gate H- diamond MISFET the channel is formed on the side surfaces and upper surface of the full fin.
ダイヤモンド基板、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有し、
前記ダイヤモンド基板上には単数または複数のフィンを有するフィンパターンが形成されており、
前記フィンパターンの少なくとも表面はH−ダイヤモンドからなり、
前記フィンパターンの上面及び側面には絶縁体層を介して前記ゲート電極が形成されており、
前記ゲート電極を間に挟んで対峙する第1の側と第2の側には前記ゲート電極から離れてそれぞれ前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられている、
トリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET。
It has a diamond substrate, a gate electrode, a source electrode and a drain electrode,
A fin pattern having a single fin or a plurality of fins is formed on the diamond substrate,
At least the surface of the fin pattern is made of H-diamond,
The gate electrode is formed on an upper surface and a side surface of the fin pattern via an insulating layer,
The source electrode and the drain electrode are respectively provided on the first side and the second side facing each other with the gate electrode interposed therebetween, apart from the gate electrode.
Triple Gate H-Diamond MISFET.
前記H−ダイヤモンドの層は前記ダイヤモンド基板の一体部分である一体構造物表面に形成されたエピタキシャル層である、請求項5に記載のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET。 Wherein H- diamond layer is an epitaxial layer formed on the integral structure surface is an integral part of the diamond substrate, a triple gate H- diamond MISFET of claim 5. 前記フィンの側壁は前記ダイヤモンド基板表面に対して傾斜した角度を有する、請求項5または6に記載のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET。 7. The triple-gate H-diamond MISFET according to claim 5 or 6, wherein sidewalls of the fin have an inclined angle with respect to the diamond substrate surface. 前記フィンが複数本設けられ、
隣接する前記フィンの対向する側壁はV字状の溝を形成する、
請求項7に記載のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET。
A plurality of the fins are provided,
Opposing sidewalls of adjacent fins form a V-shaped groove,
The triple gate H-diamond MISFET according to claim 7.
前記フィンの側壁は前記ダイヤモンド基板表面に対して垂直である、請求項5または6に記載のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET。 7. The triple-gate H-diamond MISFET according to claim 5 or 6, wherein the fin sidewall is perpendicular to the diamond substrate surface. ゲートとドレイン及びソースの少なくとも一方とが前記フィン上で間隔なしで隣接する、請求項4から9の何れかに記載のトリプルゲートH−ダイヤモンドMISFET。 10. The triple-gate H-diamond MISFET according to claim 4, wherein the gate and at least one of the drain and the source are adjacent to each other on the fin without any space.
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