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極薄膜InGaAs-OI MOSFETの高性能化及びその物性に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 12J07612
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京大学

研究代表者

金 相賢  東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2012年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードInGaAs-OI / FinFET / Ni-InGaAs / InGaAs-01 / scattering mechanism
研究概要

本研究では極薄膜III-V-OI (-on insulator)チャネルを有するMOSFETにおいて高いオン電流とよい短チャネル特性の実現を目的とし、Ni-InGaAsメタルsource/drain (S/D)を有するInGaAs-OI MOSFETにおいてメタルS/Dの寄生抵抗の成分を分析し、それぞれの抵抗成分を低減し、高いオン電流を実現している。また、短チャネル効果の抑制のため、Fin構造を導入し、Fin幅がどのように短チャネル効果に影響するかを調べた。さらに、このような要素技術を使ってチャネル長15nmを持つMOSFETの作製に成功した。
以下本年度の実施計画項目別に記述する。
・メタルS/Dの寄生抵抗の支配要因解析及びその低減方法
これまでメタルS/D技術を使って作製してきたMOSFETの寄生抵抗を低減するためにその支配要因の解析を行った。チャネルとメタル間の界面抵抗、メタルのシート抵抗、メタルと測定用パッドとのコンタクト抵抗をテストパターンを用いて電気的に分析した結果、メタルと測定用パッドとのコンタクト抵抗が一番大きくてその原因はNi-InGaAs上のNi酸化膜の存在であることをXPS分析にて明らかにした。さらに表面にH2プラズマ処理をすることで酸化膜の除去が可能であること、それを使って寄生抵抗を低減できることを実験的に明らかにし、最終的には2.4mA/μmの高いオン電流を実現した。
・Fin構造やNanowire構造MOSFETの試作及び評価
InGaAs-OI上でチャネル構造をFin構造にすることで短チャネル効果を効果的に抑制でき、Fin幅40nm, チャネル長15nmのMOSFETで世界トップレベルのオン電流を持つデバイス作製に成功した。また、Fin幅による電気特性の依存性を調べ、Fin幅を短くすることでTri-gateに近い構造にすることで短チャネル効果を効果的に抑制できることを明らかにした。さらに、InGaAs-OI構造を有することでバックバイアスにより、デバイスの作製後に閾値が変調できることを示した。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (20件) (うち査読あり 20件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Tunnel Field-Effect Transistors with Germanium/Strained-Silicon Hetero-junctions for Low Power Applications2014

    • 著者名/発表者名
      M. -S. Kim, Y. -H Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, S. -H. Kim, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 557 ページ: 298-301

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2013.10.067

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on electrical properties of metal/GaSb junctions using metal-GaSb alloys2014

    • 著者名/発表者名
      K. Nishi, M. Yokoyama, S. -H. Kim, H. Yokoyama, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 115 号: 3 ページ: 34515-34515

    • DOI

      10.1063/1.4862486

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-aligned Ni-GaSb source/drain junctions for GaSb p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistors2014

    • 著者名/発表者名
      M. Yokoyama, K. Nishi, S. -H. Kim, H. Yokoyama, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 号: 9 ページ: 93509-93509

    • DOI

      10.1063/1.4867262

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physical understanding of electron mobility in asymmetrically strained InGaAs-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors fabricated by lateral strain relaxation2014

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Yasuda, H. Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 号: 11 ページ: 113509-113509

    • DOI

      10.1063/1.4869221

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Performance Tri-Gate Extremely Thin-Body InAs-On-Insulator MOSFETs With High Short Channel Effect Immunity and V_<in> tunability2014

    • 著者名/発表者名
      S. -H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on electron device

      巻: 61 号: 5 ページ: 1354-1360

    • DOI

      10.1109/ted.2014.2312546

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Mobility CMOS Technologies using III-V/Ge Channels on Si platform2013

    • 著者名/発表者名
      S. Takagi, S. -H. Kim, M. Yokoyama, R. Zhang, N. Taoka, Y. Urabe, T. Yasuda, H. Yamada, O. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata and M. Takenaka
    • 雑誌名

      Solid Stale Electronics

      巻: 88 ページ: 2-8

    • DOI

      10.1016/j.sse.2013.04.020

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of metal gate electrodes on electrical properties of InGaAs MOS gate stacks2013

    • 著者名/発表者名
      C. -Y. Chang, M. Yokoyama, S. -H. Kim, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering

      巻: 109 ページ: 28-30

    • DOI

      10.1016/j.mee.2013.03.086

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental Study on Electron Mobility in In_xGa_<1_x>As-on-insulator Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors with In content modulation and MOS interface buffer engineering2013

    • 著者名/発表者名
      S. -H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Iida, S. -H. Lee, R. Nakane, Y. Urabe, N. Miyata, T. Yasuda, H. Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Nanotechnology

      巻: 12 号: 4 ページ: 621-628

    • DOI

      10.1109/tnano.2013.2265435

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sub-60 nm Extremely-thin Body In_xGa_<1-x>As-On-Insulator MOSFETs on Si with Ni-InGaAs Metal S/D and MOS Interface Buffer Engineering and its scalability2013

    • 著者名/発表者名
      S. -H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Yasuda, O. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on electron device

      巻: 60 号: 8 ページ: 2512-2517

    • DOI

      10.1109/ted.2013.2270558

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of III-V-On-Insulator Structures on Si by Direct Wafer Bonding2013

    • 著者名/発表者名
      M. Yokoyama, R. Iida, Y. Ikku, S. -H. Lee, S. -H. Kim, N. Taoka, Y. Urabe, T. Yasuda, H. Takagi, H. Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, M. Sugiyama, Y. Nakano, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 28 号: 9 ページ: 94009-94009

    • DOI

      10.1088/0268-1242/28/9/094009

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Performance InAs-On-Insulator nMOSFETs With Ni-InGaAs S/D Realized by Contact Resistance Reduction Technology2013

    • 著者名/発表者名
      S. -H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on electron device

      巻: 60 号: 10 ページ: 3342-3350

    • DOI

      10.1109/ted.2013.2279363

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of Fermi level pinning inside conduction band on electron mobility in InGaAs metal-oxide-semiconductor field-effect transistors2013

    • 著者名/発表者名
      N. Taoka, M. Yokoyama, S. -H. Kim, R. Suzuki, S. Lee, R. Iida, T. Hoshii, W. Jevasuwan, T. Maeda, T. Yasuda, O. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 号: 14 ページ: 143509-143509

    • DOI

      10.1063/1.4824474

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biaxially strained Extremely-thin Body I_<n0.53>G_<a0.47>As-On-Insulator MOSFETs on Si substrates and Physical Understanding on their electron mobility2013

    • 著者名/発表者名
      S. -H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 114 号: 16 ページ: 164512-164512

    • DOI

      10.1063/1.4828481

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of Fermi level pinning due to interface traps inside conduction band on the inversion-layer mobility in InxG_a_<1-x> As metal-oxide-semiconductor field effect transistors2013

    • 著者名/発表者名
      N. Taoka, M. Yokoyama, S. -H. Kim, R. Suzuki, S. Lee, R. Iida, T. Hoshii, W. Jevasuwan, T. Maeda, T. Yasuda, O. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on device and materials reliability

      巻: 13 号: 4 ページ: 456-462

    • DOI

      10.1109/tdmr.2013.2289330

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 1-nm-capacitance-equivalent-thickness HfO2/Al2O3/InGaAs metal-oxide-semiconductor structure with low interface trap density and low gate leakage current density2012

    • 著者名/発表者名
      R. Suzuki, N. Taoka, M. Yokoyama, S. Lee, S. H. Kim, T. Hoshii, T. Yasuda, W. Jevasuwan, T. Maeda, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 100 号: 13 ページ: 132906-132906

    • DOI

      10.1063/1.3698095

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strained In_<0.53>Ga_<0.47>As metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with epitaxial based biaxial strain2012

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, E Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Yasuda, H. Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 100 号: 19 ページ: 193510-193510

    • DOI

      10.1063/1.4714770

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] III-V/Ge high mobility channel integration of InGaAs nMOSFETs and Ge pMOSFETs with self-align Ni-based metal S/D2012

    • 著者名/発表者名
      M. Yokoyama, S. -H. Kim, R. Zhang, N. Taoka, Y. Urabe、T. Maeda, H. Takagi, T. Yasuda, H. Yamada, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Sugiyama, Y. Nakano, M. Takenaka and S. Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 5 号: 7 ページ: 76501-76501

    • DOI

      10.1143/apex.5.076501

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of Ni-GaSb Alloys Formed by Direct Reaction of Ni with GaSb2012

    • 著者名/発表者名
      Cezar B. Zota, S. H. Kim, M. Yokoyama, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 5 号: 7 ページ: 71201-71201

    • DOI

      10.1143/apex.5.071201

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of atomic layer deposition temperature on HfO_2/InGaAs metal-oxide-semiconductor interface properties2012

    • 著者名/発表者名
      R. Suzuki, N. Taoka, M. Yokoyama, S. H. Kim, T. Hoshii, T. Maeda, T. Yasuda, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 112 号: 8 ページ: 84103-84103

    • DOI

      10.1063/1.4759329

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] InGaAs MOS gate stack formation and the MOS interface properties2012

    • 著者名/発表者名
      S. Takagi, N. Taoka, R. Suzuki, M. Yokoyama, S. -H. Kim, and M. Takenaka
    • 雑誌名

      Journal of The Surface Science Society of Japan

      巻: 33 ページ: 628-628

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] High Performance Sub-20-nm-Channel-Length Extremely-Thin Body InAs-on-InsulatorTri-Gate MOSFETs with High Short Channel Effect Immunity2014

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      SDMシリコンテクノロジー分科会共催IEDM特集研究会
    • 発表場所
      機械振興会館、東京都
    • 年月日
      2014-01-29
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High performance sub-20-nm-channel-length extremely-thin body InAs-on-insulator Tri-gate MOSFETs with high short channel effect immunity and V_<th> tunability2013

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 学会等名
      International Electron Devices Meeting
    • 発表場所
      Washington, DC, USA
    • 年月日
      2013-12-10
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Physical understanding of electron mobility in uniaxially strained InGaAs-OI MOSFETs2013

    • 著者名/発表者名
      S. -H. Kim, M. Yokoyama, Y. Ikku, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      European Solid-State Device Research Conference
    • 発表場所
      Bucharest, Romania
    • 年月日
      2013-09-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Strained Extremely-thin Body In_<0.53>Ga_<0.47>As-On-Insulator MOSFETs on Si substrates2013

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 学会等名
      Symposium on VLSI Technology
    • 発表場所
      Rihga Royal Hotel Kyoto,, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2013-06-11
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] High Performance Extremely-thin Body InAs-On-Insulator MOSFETs on Si with Ni-InGaAs Metal S/D by Contact Resistance Reduction Technology2013

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 学会等名
      Symposium on VLSI Technology
    • 発表場所
      Rihga Royal Hotel Kyoto,, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2013-06-11
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Analysis on channel thickness fluctuation scattering in InGaAs-OI MOSFETs2013

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, O. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 学会等名
      IPRM
    • 発表場所
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • 年月日
      2013-05-22
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Channel thickness fluctuation scattering in extremely-thin InxGa1-xAs-OI MOSFETs2013

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Osada, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学、神奈川県
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Metal S/D technology for III-V (InGaAs) MOSFETs2013

    • 著者名/発表者名
      S. -H. Kim, M. Yokoyama, R. Nakane, 0. Ichikawa, T. Osada, M. Hata, M. Takenaka, and S. Takagi
    • 学会等名
      応用物理学会Siテクノロジー分科会 第158回研究集会
    • 発表場所
      早稲田大学、東京都(招待講演)
    • 年月日
      2013-03-07
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Channel engineering for high performance future InxGa1-xAs-OI MOSFETs2012

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Yasuda, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学、愛媛県
    • 年月日
      2012-09-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Short channel characteristics of ETB InxGa1-xAs-OI MOSFET with Ni-InGaAs metal S/D and MOS interface buffer engineering2012

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Yasuda, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学、愛媛県
    • 年月日
      2012-09-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Deeply-Scaled Channel Length Extremely-thin Body InxGa1-xAs-On-Insulator MOSFETs on Si with Ni-InGaAs Metal S/D and MOS Interface Buffer Engineering2012

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Yasuda, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka, S. Takagi
    • 学会等名
      応用物理学会Siテクノロジー分科会 第151回研究集会
    • 発表場所
      産業技術総合研究所、東京都(招待講演)
    • 年月日
      2012-08-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Sub-60 nm Deeply-Scaled Channel Length Extremely-thin Body InxGa1-xAs-On-Insulator MOSFETs on Si with Ni-InGaAs Metal S/D and MOS Interface Buffer Engineering2012

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yokoyama, N. Taoka, R. Nakane, T. Yasuda, 0. Ichikawa, N. Fukuhara, M. Hata, M. Takenaka and S. Takagi
    • 学会等名
      Symposium on VLSI Technology
    • 発表場所
      Hawai, USA
    • 年月日
      2012-06-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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