計算科学を駆使したNiシリサイドナノワイヤ形成プロセスの完全制御

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26630135
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 渡邉 孝信 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00367153)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 半導体超微細化 / 電子デバイス・機器 / ナノコンタクト / 計算物理 / 電子・電気材料

Outline of Annual Research Achievements

前年度に実施した分子動力学シミュレーションで、酸化膜との界面近傍における乱れたSi結晶格子の部分でNiシリサイド化が促進されるという微視的描像が得られ、これがナノワイヤ内部のNi化反応が均一に進まない原因と推論した。そこで、Siナノワイヤ全体にArイオンを照射して結晶格子を一旦乱したのち、熱処理により再び結晶構造を回復させて酸化膜の影響を除去するプロセスを着想し、その効果を実験で検証した。その結果、期待通りナノワイヤ内部のNi化反応が均一に進むことを見出した。
当該年度の実験に用いたSiナノワイヤ試料は、面方位(100)のｐ型Silicon-On-Insulator（SOI）基板上に電子線リソグラフィおよびプラズマエッチングで形成したものである。ナノワイヤの方向は<110>とした。Ni化反応後のナノワイヤ試料のNiシリサイド/Si界面部分を集束イオンビームで削り出し、断面透過型電子顕微鏡観察およびエネルギー分散型X線解析を用いて組成分布を詳細に分析した。Arイオン照射を行わないナノワイヤ試料では矩形断面内の上面端部でNiの拡散が優先的に起こることが確認された。一方、Arイオン照射後結晶回復アニールを施した試料では、断面内で均一にNiSi2領域が形成されることが確認された。
これにより、Siナノワイヤの金属コンタクト形成プロセスの制御性が格段に向上し、ナノスケールのショットキー障壁トンネルトランジスタの作製とその動作実証、トップゲート構造のナノワイヤ型トランジスタの作製と動作に成功した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

分子動力学シミュレーションに基づいてSiナノワイヤ中のNi化反応を均一に起こす方法を見出すことができ、計画立案時の第一の目標が達成された。新たに開発したプロセスでナノワイヤトランジスタ製作およびその動作実証を達成したことから、当初の計画以上に進展したと判断できる。

Strategy for Future Research Activity

ナノワイヤ内部でのNi化反応速度の均一化には成功したが、ナノワイヤトランジスタの電気特性には改善の余地がある。酸化膜とSiの界面の質を高めるプロセスの開発に引き続き取り組む。

Causes of Carryover

共同実験施設使用料金の年度末の請求額が見込みより少なく、19,926円の残金が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度の実験消耗品の購入、実験施設利用料に充当する。

Research Products

• [Journal Article] ON current enhancement of nanowire Schottky barrier tunnel field effect transistors (2016)
  • Author(s): Kohei Takei, Shuichiro Hashimoto, Jing Sun, Xu Zhang, Shuhei Asada, Taiyu Xu, Takashi Matsukawa, Meishoku Masahara, and Takanobu Watanabe
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 55 Pages: 04ED07 1-5
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.04ED07
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ナノワイヤ型不純物偏析ショットキー接合MOSFETにおけるワイヤ幅縮小効果 (2016)
  • Author(s): 橋本 修一郎, 遠藤 清, 武井 康平, ソン セイ, 張 旭, 徐 泰宇, 麻田 修平, 大場 俊輔, 松川 貴, 昌原 明植, 渡邉 孝信
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-20
• [Presentation] Ar+イオン照射によるSiナノワイヤのNi合化反応の高精度制御 (2016)
  • Author(s): 大場 俊輔, 橋本 修一郎, 武井 康平, ソン セイ, 張 旭, 徐 泰宇, 麻田 修平, 臼田 稔宏, 遠藤 清, 富田 基裕, 徳武 寛紀, 今井 亮佑, 小椋 厚志, 松川 貴, 昌原 明植, 渡邉 孝信
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Ar+イオン照射によるSiナノワイヤのNi合金化プロセスの制御性向上 (2016)
  • Author(s): 麻田 修平, 橋本 修一郎, 武井 康平, ソン セイ, 張 旭, 徐 泰宇, 臼田 稔宏, 遠藤 清, 大場 俊輔, 富田 基裕, 今井 亮佑, 小椋 厚志, 松川 貴, 昌原 明植, 渡邉 孝信
  • Organizer: 電子デバイス界面テクノロジー研究会 (第21回)
  • Place of Presentation: 東レ研修センター
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] Origin of Preferential Diffusion of Ni along Si/SiO2 Interface in Si Nanowire (2015)
  • Author(s): Shuichiro Hashimoto, Kohei Takei, Jing Sun, Shuhei Asada, Xu Zhang, Taiyu Xu, Toshihiro Usuda, Motohiro Tomita, Ryosuke Imai, Atsushi Ogura, Takashi Matsukawa, Meishoku Masahara, and Takanobu Watanabe
  • Organizer: 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2015)
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center
  • Year and Date: 2015-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Controlling Nickelidation Process of Si Nanowire by Ar+ Ion Irradiation (2015)
  • Author(s): Shuhei Asada, Shuichiro Hashimoto, Kohei Takei, Jing Sun, Xu Zhang, Taiyu Xu, Toshihiro Usuda, Motohiro Tomita, Ryosuke Imai, Atsushi Ogura, Takashi Matsukawa, Meishoku Masahara, and Takanobu Watanabe
  • Organizer: 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2015)
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center
  • Year and Date: 2015-11-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ON Current Enhancement of Nanowire Schottky Barrier Tunnel FET (2015)
  • Author(s): Kohei Takei, Shuichiro Hashimoto, Jing Sun, Xu Zhang, Shuhei Asada, Taiyu Xu, Takashi Wakamizu, Takashi Matsukawa, Meishoku Masahara and Takanobu Watanabe
  • Organizer: 2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2015)
  • Place of Presentation: Sapporo Convention Center
  • Year and Date: 2015-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ショットキー障壁トンネルFETのスケーリング耐性の解析 (2015)
  • Author(s): 徐 泰宇, 橋本 修一郎, 武井 康平, ソン セイ, 麻田 修平, 張 旭, 渡邉孝信
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] GeO2酸化膜を考慮したGeナノワイヤ構造の熱伝導率およびフォノン分散関係の分子動力学的解析 (2015)
  • Author(s): 小出 隆太, 志村 昴亮, 橋本 修一郎, 富田 基裕, 渡邉 孝信
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 分子動力学法および分子軌道法を用いたSiGe混晶内の原子間ポテンシャルに関する考察 (2015)
  • Author(s): 富田 基裕, 小椋 厚志, 渡邉 孝信
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Ar+イオン照射によるSiナノワイヤのNi合金化プロセスの制御 (2015)
  • Author(s): 張 旭, 橋本 修一郎, 武井 康平, ソン セイ, 徐 泰宇, 麻田 修平, 臼田 稔宏, 富田 基裕, 今井 亮佑, 小椋厚志, 松川 貴, 昌原 明植, 渡邉孝信
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] Enhancement of Ni Diffusion Rate in Disordered Si Nanocrystal Studied by Molecular Dynamics Simulation (2015)
  • Author(s): Shuichiro Hashimoto, Kohei Takei, Jing Sun, Shuhei Asada, Taiyu Xu and Takanobu Watanabe
  • Organizer: The 6th Waseda-NIMS International Symposium
  • Place of Presentation: Waseda University
  • Year and Date: 2015-07-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Controlling Nickel Silicidation Process of Si Nanowires by Ar+ Ion Irradation (2015)
  • Author(s): Kohei Takei, Shuichiro Hashimoto, Jing Sun, Shuhei Asada, Xu Zhang, Taiyu Xu, Toshihiro Usuda, Motohiro Tomita, Ryosuke Imai, Atsushi Ogura, Takashi Matsukawa, Meishoku Masahara and Takanobu Watanabe
  • Organizer: The 6th Waseda-NIMS International Symposium
  • Place of Presentation: Waseda University
  • Year and Date: 2015-07-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Demonstration of Nanowire Schottky Barrier Tunnel FET (2015)
  • Author(s): Taiyu Xu, Shuichiro Hashimoto, Kohei Takei, Jing Sun, Xu Zhang, Shuhei Asada, Takashi Matsukawa, Meishoku Masahara and Takanobu Watanabe
  • Organizer: The 6th Waseda-NIMS International Symposium
  • Place of Presentation: Waseda University
  • Year and Date: 2015-07-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Morphology Changes of Ni Ion Irradiated Si(111) Surface at Room Temperature (2015)
  • Author(s): Kenta Imazu, Shuichiro Hashimoto, Genki Obana, Takefumi Kamioka, Takanobu Watanabe
  • Organizer: The 6th Waseda-NIMS International Symposium
  • Place of Presentation: Waseda University
  • Year and Date: 2015-07-19
  • Int'l Joint Research