2012 Fiscal Year Annual Research Report
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
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12J08082
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高見澤 悠 東北大学, 金属材料研究所, 特別研究員(PD)
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| Keywords | 3次元アトムプローブ / 半導体 / ドーパント / 共注入 |
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| 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。そのためには、炭素・ホウ素の凝集体形成を原子レベルで理解することが重要であると共に、ホウ素の拡散距離と炭素の深さ分布の関係や他の不純物元素と炭素の相互作用も同時に理解する必要がある。
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。
本年度は、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ドーパント分布を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。シリコン基板にホウ素と炭素をイオン注入した試料は、共同研究先に依頼して行った。イオン注入の条件としては、ホウ素の注入深さを固定し、その前後に炭素をイオン注入することで炭素の位置によるホウ素分布制御への効果を評価した。その結果、炭素の注入位置によってホウ素の深さ方向の濃度分布が変化し、更に空間分布を分析することでホウ素と炭素が凝集化することを明らかとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
試料準備及び分析は当初の計画通り遂行できており、炭素とホウ素の深さ方向分布とそれらの凝集体の形成位置からこれらの関係が理解できた。また、炭素の注入量によるホウ素拡散への効果についても研究を進めており、ホウ素拡散を抑制するのに必要な炭素注入量もわかりつつあり、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で、ホウ素と炭素の相互作用は理解できつつあるが、凝集体を形成したときに、ホウ素が電気的に活性な状態であるかどうかが定かではない。しかし、デバイスへの寄与の観点から電気的な活性化状態の理解も重要である。当初の予定では、欠陥との相互作用についても検討する予定であったが、それだけではなく、広がり抵抗測定を行うことで、ホウ素の分布と活性化の関係性についても調べる予定である。
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[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
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 4
Pages: 046502/1-3
DOI
Peer Reviewed
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[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
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 100
Pages: 253504/1-3
DOI
Peer Reviewed
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