3次元構造MOSFETのロバストネス

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18063009
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 岩井 洋 Tokyo Institute of Technology, フロンティア研究センター, 教授 (40313358)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 健雄 東京工業大学, フロンティア研究センター, 客員教授 (10061516) ; 筒井 一生 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (60188589) ; 角嶋 邦之 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教 (50401568) ; PARHAT Ahmet 東京工業大学, フロンティア研究センター, 特任准教授 (00418675)
• Keywords: トランジスタ / 3次元構造 / ロバストネス / FinFET / ゆらぎ / 特性ばらつき / ショットキー / オン電流

Research Abstract

三次元構造MOSFETの代表としてFinFETに注目し、デバイスシミュレーションにより、構造ゆらぎに起因するデバイス特性のばらつきの解明とその制御方法を研究してきた。前年度まではデバイスのしきい値電圧のばらつきについて、複合する揺らぎ要因に対する感度解析をおこない、短チャネル効果が関与する要因としない要因に切り分けて体系化することの有効性を明らかにした。最終年度である今年度は、同様の手法をトランジスタのオン電流のばらつきに対して適用して検討した。その結果、オン電流ばらつきがしきい値電圧ばらつきによって引き起こされることに加えて、オン電流ばらつきに特有の要因として新たに寄生抵抗成分の寄与を考慮する必要性を明らかにした。寄生抵抗の揺らぎに対する感度係数が高くなる構造では寄生抵抗の低減が必要かつ有効であることを示した。また、チャネル領域への不純物ドーピングについて、微細化のレベルの異なる寸法領域に拡張して検討した。不純物濃度の統計的ゆらぎを回避するためにはチャネル領域にはドーピングしない方が有利であるという従来の考え方が、短チャネル効果が充分に抑えられている場合に限定的に成り立つものであり、短チャネル効果が大きい状態ではむしろチャネルへのドーピングがトータルの特性ばらつき抑制には有効であることを示した。以上の知見を基に、将来の三次元MOSFETの特性ばらつきに対するロバスト性を高めるための設計指針となる知見をまとめて提示した。
将来の三次元構造MOSFETに有効な金属ソース・ドレイン構造を目指して、障壁高さを最適に制御した金属/半導体接合を実現するシリサイド形成技術の実験研究では、開発したNiにEr層を積層してシリサイド形成する方法を用い、SOI上でSB-MOSFETの試作を行った。その結果、トランジスター動作の確認ができまたEr層の挿入によるドレイン電流の増加も観測され、開発した手法のSOI上のデバイスおける有用性も実証された。

Research Products

• [Journal Article] Analysis of Dependence of Short-channel Effects in Double-gate MOSFETs on Channel Thickness (2010)
  • Author(s): Y.Kobayashi, K.Kakushima, P.Ahmet, V.R.Rao, K.Tsutui, H.Iwai
  • Journal Title: Microelectronics Reliability 50 Pages: 332-337
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of Threshold Voltage Variation in Fin Field Effect Transistors : Separation of Short Channel Effects (2010)
  • Author(s): Y.Kobayashi, K.Tsutsui, K.Kakushima, P.Ahmet, V.P.Rao, H.Iwai
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 49(掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Schottky Barrier Height Modulation by Er Insertion and Its Application to SB-MOSFETs (2009)
  • Author(s): K.Noguchi, W.Hosoda, K.Matano, K.Kakushima, P.Ahmet, K.Tsutsui, N.Sugii, A.N.Chandorkar, T.Hattori, H.Iwai
  • Journal Title: ECS Transactions 16 Pages: 29-34
• [Presentation] Fabrication of SB-MOSFETs on SOI Substrate Using Ni Silicide Containing Er Interlayer (2010)
  • Author(s): W.Hosoda, K.Ozawa, K.Kakushima, P.Ahmet, K.Tsutsui, A.Nishiyama, N.Sugii, K.Natori, T.Hattori, H.Iwai
  • Organizer: China Semiconductor Technology International Conference(CSTIC)
  • Place of Presentation: 上海、中国
  • Year and Date: 2010-03-19
• [Presentation] 酸化膜中のSiナノワイヤにおけるNi拡散の制御 (2010)
  • Author(s): 茂森直登, 新井英明, 佐藤創志, 角嶋クニユキ, アヘメトパールハット, 西山彰, 筒井一生, 杉井信之, 名取研二, 服部健雄, 岩井洋
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚市
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] Short-channel effects on FinFETs induced by inappropriate fin widths (2009)
  • Author(s): Y.Kobayashi, K.Kakushima, P.Ahmet, V.Ramgopal Rao, K.Tsutsui, H.Iwai
  • Organizer: G-COE PICE International Symposium on Silicon Nano Devices
  • Place of Presentation: Tokyo Institute of Technology, Japan
  • Year and Date: 2009-10-13
• [Presentation] A Study of Schottky Barrier Height Modulation of NiSi by Interlayer In sertion and Its Application to SOI SB-MOSFETs (2009)
  • Author(s): W.Hosoda, K.Ozawa, K.Kakushima, P.Ahmet, K.Tsutsui, A.Nishiyama, N.Sugii, K.Natori, T.Hattori, H.Iwai
  • Organizer: G-COE PICE International Symposium on Silicon Nano Devices
  • Place of Presentation: Tokyo Institute of Technology, Japan
  • Year and Date: 2009-10-13
• [Presentation] Annealing Reaction for Ni Silicidation of Si Nanowire (2009)
  • Author(s): H.Arai, H.Kamimura, S.Sato, K.Kakushima, P.Ahmet, K.Tsutsui, N.Sugii, K.Natori, T.Hattori, H.Iwai
  • Organizer: 216^<th> Electrochemical Society Meeting
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2009-10-09
• [Presentation] 2stepアニールを用いた酸化膜中のSiナノワイヤへのNiシリサイド化 (2009)
  • Author(s): 茂森直登, 新井英朗, 佐藤創志, 角嶋邦之, アヘメトパールハット, 西山彰, 筒井一生, 杉井信之, 服部健雄, 岩井洋
  • Organizer: 第70回応用物理学学術講演会
  • Place of Presentation: 富山市
  • Year and Date: 2009-09-11
• [Presentation] 異種金属界面挿入によるNiシリサイドのショットキー障壁変調とSB-MOSFETへの応用II (2009)
  • Author(s): 小澤健児, 細田亘, 角嶋邦之, アヘメトパールハット, 筒井一生, 西山彰, 杉井信之, 服部健雄, 名取研二, 岩井洋
  • Organizer: 第70回応用物理学学術講演会
  • Place of Presentation: 富山市
  • Year and Date: 2009-09-10