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

• 研究課題/領域番号: 12J08082
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 高見澤 悠 東北大学, 金属材料研究所, 特別研究員(PD)
• 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: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 3次元アトムプローブ / 半導体 / ドーパント / 共注入

研究概要

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。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Behavior of phosphorous and contaminants from monolayer doping combined with a conventional spike annealing method (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, H. Takamizawa, K. Inoue, F. Yano, Y. Nagai, L. Lamagna, G. Mazzeo, M. Perego, and E. Prati
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 6 ページ: 706-710
  • 査読あり
• [雑誌論文] Depth Analysis of Ta/NiFe/Ta/CoFeB/Ta/NiFe Multilayer Thin Films : Comparison of Atom Probe Tomography and Auger Electron Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kubota, Y. Ishida, K. Yanagiuchi, H. Takamizawa, Y. Nozawa, N. Ebisawa, Y. Shimizu, T. Toyama, K Inoue, and Y. Nagai
  • 雑誌名: Journal of Surface Analysis 巻: 20 ページ: 207-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] The diffusivity and solubility of copper in ferromagnetic iron at lower temperatures studied by atom probe tomography (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, F. Takahama, A. Kuramoto, H. Takamizawa, Y. Nozawa, N. Ebisawa, M. Shimodaira, Y. Shimizu, K. Inoue and Y. Nagai
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: (In press)(掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional characterization of deuterium implanted in silicon using atom probe tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Takamizawa, K. Hoshi, Y. Shimizu, F. Yano, K. Inoue, S. Nagata, T. Shikama, and Y. Nagai
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elemental Distribution Analysis of Semiconductor Nanostructures with Atom Probe Tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, K. Inoue, H. Takamizawa, F. Yano, Y. Nagai
  • 雑誌名: Journal of the Vacuum Society of Japan 巻: 56 ページ: 340-347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional evaluation of gettering ability of Σ3{111} grain bound aries in silicon by atom probe tomography combined with transmission electron microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 103
  • 査読あり
• [雑誌論文] New applications in atom probe tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Microscopy and Microanalysis 巻: 19 ページ: 1022-1023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic-scale characterization of germanium isotopic multilayers by atom probe tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, H. Takamizawa, Y. Kawamura, M. Uematsu, T. Toyama, K. Inoue, E.. E.. Haller, K. M. Itoh, Y. Nagai
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 113 号: 2 ページ: 0261011-3
  • DOI: 10.1063/1.4773675
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional dopant characterization in actual metal-oxide-semiconductor devices of 65 nm node by atom probe tomography. (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 号: 4 ページ: 046502-046502
  • DOI: 10.7567/apex.6.046502
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 25
  • DOI: 10.1063/1.4730437
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 井上耕治、清水康雄、高見澤悠
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 67 ページ: 645-649
  • 査読あり
• [学会発表] 3D Analysis of Arsenic Diffusion in Phosphorus or Boron Pre-Doped Polycrystalline Silicon (2013)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Takamizawa
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Symposia
  • 発表場所: Doshisha University, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2013-09-17
• [学会発表] 3DAPの半導体への応用の現状と成果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高見澤 悠
  • 学会等名: 第52回STRJ-WG14故障解析SWG会議
  • 発表場所: メルパルク京都、京都、日本
  • 年月日: 2013-04-12
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 高見澤 悠
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Enlarged boron concentration fluctuation in MOSFET channel after source/drain extension formation studied by atom probe tomography (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Takamizawa
  • 学会等名: International Field Emission Symposium
  • 発表場所: Tuscaloosa, Alabama, USA
• [学会発表] Atom probe tomography of fin-structure prepared by focused ion beam direct deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Takamizawa
  • 学会等名: Materials Research Society Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, Massachusetts, USA