3次元アトムプローブによるシリコン中ホウ素分布への炭素共注入効果の解明とその制御

• Project/Area Number: 12J08082
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高見澤 悠 東北大学, 金属材料研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 3次元アトムプローブ / 半導体 / ドーパント / 共注入

Research Abstract

半導体デバイスの微細化に伴い、電気的特性を制御するために添加している不純物(ドーパント)原子の分布をより高精度に制御することが求められる。その中で、N型のトランジスタのチャネルや、P型のソース・ドレインと呼ばれる領域に炭素を共注入することによって、ホウ素の拡散を抑制できることが報告されている。炭素共注入におけるホウ素分布制御は、より高精度なデバイス設計に寄与するものと確信する。しかしながら、注入した炭素は凝集体を形成することがこれまでの研究から明らかとなっている。この凝集体形成のホウ素活性化への寄与を知ることも重要視されている。そのためには、炭素・ホウ素の凝集体形成位置やサイズを原子レベルで理解すると共に、ホウ素の活性化率(広がり抵抗)と凝集体の位置関係を理解することも重要である。
本研究では、炭素・ホウ素共注入試料中の不純物同士の相互作用を3次元アトムプローブを用いて原子レベルの空間分解能で理解することによって、高精度なホウ素分布を制御する手法を確立することを念頭に研究を行った。また、実際に活性化したホウ素の分布を調べるため広がり抵抗測定を行い、炭素の凝集体と不活性ホウ素の位置関係を調べた。
昨年度は、シリコン基板にホウ素をイオン注入後、炭素をイオン注入した試料を作製し、実際のデバイスと同等の処理前後の炭素・ホウ素分布を3次元アトムプローブを用いて観察することで、熱処理時の拡散におけるこれらの関係性を詳しく検討した。本年度は広がり抵抗測定を実施し、活性化したホウ素の深さ分布と前年度に得た炭素・ホウ素の深さ分布及び、局所的な凝集体形成位置との関係を調べることで、ホウ素の活性化に対する炭素の注入効果と深さ方向の活性化ホウ素分布制御への効果を評価した。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Behavior of phosphorous and contaminants from monolayer doping combined with a conventional spike annealing method (2014)
  • Author(s): Y. Shimizu, H. Takamizawa, K. Inoue, F. Yano, Y. Nagai, L. Lamagna, G. Mazzeo, M. Perego, and E. Prati
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 6 Pages: 706-710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Depth Analysis of Ta/NiFe/Ta/CoFeB/Ta/NiFe Multilayer Thin Films : Comparison of Atom Probe Tomography and Auger Electron Spectroscopy (2014)
  • Author(s): M. Kubota, Y. Ishida, K. Yanagiuchi, H. Takamizawa, Y. Nozawa, N. Ebisawa, Y. Shimizu, T. Toyama, K Inoue, and Y. Nagai
  • Journal Title: Journal of Surface Analysis Volume: 20 Pages: 207-210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The diffusivity and solubility of copper in ferromagnetic iron at lower temperatures studied by atom probe tomography (2014)
  • Author(s): T. Toyama, F. Takahama, A. Kuramoto, H. Takamizawa, Y. Nozawa, N. Ebisawa, M. Shimodaira, Y. Shimizu, K. Inoue and Y. Nagai
  • Journal Title: Scripta Materialia Volume: (In press)(掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional characterization of deuterium implanted in silicon using atom probe tomography (2013)
  • Author(s): H. Takamizawa, K. Hoshi, Y. Shimizu, F. Yano, K. Inoue, S. Nagata, T. Shikama, and Y. Nagai
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elemental Distribution Analysis of Semiconductor Nanostructures with Atom Probe Tomography (2013)
  • Author(s): Y. Shimizu, K. Inoue, H. Takamizawa, F. Yano, Y. Nagai
  • Journal Title: Journal of the Vacuum Society of Japan Volume: 56 Pages: 340-347
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional evaluation of gettering ability of Σ3{111} grain bound aries in silicon by atom probe tomography combined with transmission electron microscopy (2013)
  • Author(s): Y. Ohno, K. Inoue, Y. Tokumoto, K. Kutsukake, I. Yonenaga, N. Ebisawa, H. Takamizawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, and S. Takeda
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New applications in atom probe tomography (2013)
  • Author(s): D. J. Larson, J. W. Valley, T. Ushikubo, M. K. Miller, H. Takamizawa, Y. Shimizu, L. M. Gordon, D. Joester, A. D. Giddings, D. A. Reinhard, T. J. Prosa, D. P. Olson, D. F. Lawrence, P. H. Clifton, R. M. Ulfig, I. Y. Martin, and T. F. Kelly
  • Journal Title: Microscopy and Microanalysis Volume: 19 Pages: 1022-1023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic-scale characterization of germanium isotopic multilayers by atom probe tomography (2013)
  • Author(s): Y. Shimizu, H. Takamizawa, Y. Kawamura, M. Uematsu, T. Toyama, K. Inoue, E.. E.. Haller, K. M. Itoh, Y. Nagai
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 113 Issue: 2 Pages: 0261011-3
  • DOI: 10.1063/1.4773675
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional dopant characterization in actual metal-oxide-semiconductor devices of 65 nm node by atom probe tomography. (2013)
  • Author(s): K. Inoue, H. Takamizawa, Y. Shimizu, T. Toyama, F. Yano, A. Nishida, T. Mogami, K. Kitamoto, T. Miyagi, J. Kato, S. Akahori, N. Okada, M. Kato, H. Uchida, Y. Nagai
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 4 Issue: 4 Pages: 046502-046502
  • DOI: 10.7567/apex.6.046502
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Correlation between threshold voltage and channel boron concentration in silicon-based negative-type metal-oxide-emiconductor field-effect transistors studied by atom probe tomography. (2012)
  • Author(s): H. Takamizawa, Y. Shimizu, K. Inoue, T.Toyama, F. Yano, A. Nishida, T. Mogami, N. Okada, M. Kato, H. Uchida, K. Kitamoto, T. Miyagi, J, Kato, and Y. Nagai
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 100 Issue: 25
  • DOI: 10.1063/1.4730437
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] レーザー3次元アトムプローブによる半導体材料中のドーパント分布解析 (2012)
  • Author(s): 井上耕治、清水康雄、高見澤悠
  • Journal Title: 日本物理学会誌 Volume: 67 Pages: 645-649
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 3D Analysis of Arsenic Diffusion in Phosphorus or Boron Pre-Doped Polycrystalline Silicon (2013)
  • Author(s): Hisashi Takamizawa
  • Organizer: 2013 JSAP-MRS Symposia
  • Place of Presentation: Doshisha University, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2013-09-17
• [Presentation] 3DAPの半導体への応用の現状と成果 (2013)
  • Author(s): 高見澤 悠
  • Organizer: 第52回STRJ-WG14故障解析SWG会議
  • Place of Presentation: メルパルク京都、京都、日本
  • Year and Date: 2013-04-12
  • Invited
• [Presentation] 3次元アトムプローブによるシリコン中の重水素分布観察 (2013)
  • Author(s): 高見澤 悠
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] Enlarged boron concentration fluctuation in MOSFET channel after source/drain extension formation studied by atom probe tomography (2012)
  • Author(s): Hisashi Takamizawa
  • Organizer: International Field Emission Symposium
  • Place of Presentation: Tuscaloosa, Alabama, USA
• [Presentation] Atom probe tomography of fin-structure prepared by focused ion beam direct deposition (2012)
  • Author(s): Hisashi Takamizawa
  • Organizer: Materials Research Society Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, Massachusetts, USA