極微細半導体素子での基板電流ゆらぎに伴う素子寿命不確定性抑制の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555115
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 佐野 伸行 筑波大学, 物理工学系, 講師 (90282334)
• キーワード: 衝突イオン化 / MOSFET / モンテカルロ法 / シミュレーション / 半導体デバイス / 素子寿命 / ホットキャリア / 電流ノイズ

研究概要

本年度の研究内容と成果は以下のようにまとめられる:
1 実効チャネル長が300nmから40nmまでの2次元MOSFET構造のもとで、基板電流ゆらぎの主要因と考えられる衝突イオン化過程の異方性を考慮したモデルをシミュレータに導入し、基板電流の数値解析および周波数解析を行った。その結果、従来モデルに比べて基板電流ゆらぎが異方性により、倍以上増大することを確認した。また、基板電流の時系列の周波数解析から、異方性を考慮した基板電流が特異な周波数特性(1/f特性)を示すことを見い出した。
2 素子幅が数十nmの極微細Si-MOSFET構造での電子数ばらつきに伴うドレイン電流ゆらぎによって、基板電流がゆらぐ可能性を検討した。その結果、素子サイズの極微細化に伴って、ゲート直下のチャネル電子数が大幅に減少し、デカナノ領域の素子構造においてドレイン電流ゆらぎが電流平均値の30%以上にも及ぶことを見い出した。
3 従来型デバイス・シミュレータにおいて仮定される基板内不純物の連続的に分布したジェリウム・モデルの見直しを行った。即ち、素子サイズの微細化に伴い、不純物の離散性が基板電流も含めた素子特性のゆらぎに影響を及ぼし得ることから、基板内の離散不純物分布を考慮した新たなルーチンを作成し、デバイス・シミュレータに導入した。これらは、酸化膜への電子注入確率のゆらぎにつながり、素子劣化の不確定性に大きな影響を及ぼし得ると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Current Fluctuation Characteristic of Sub-0.1 Micron Device Structures: A Monte Carlo Study"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.38. L531-L533 (1999)
• [文献書誌] Andrea Bertoni et al.: "Quantum versus Classical Scattering in Semiconductor Charge Transport: A Quantitative Comparison"Physica B. Vol.272. 299-301 (1999)
• [文献書誌] Nobuyuki Sano: "(招待講演) Sub-0.1 micron Device Simulation Technology :Another Problems for Monte Carlo Simulations"Proc.International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD-99). 23-26 (1999)
• [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Influence of Intrinsic Current Fluctuation in Very Small Si-MOSFETs"Proc.International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM-99). 22-23 (1999)
• [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Influence of Thermal Noise on Drain Current in Very Small Si-MOSFET's"Japanese Journal of Applied Physics. April. (2000)
• [文献書誌] Nobuyuki Sano: "(招待論文) Increasing Importance of Thermal Noise in Very Small Si-MOSFETs"IEICE Transactions on Electronics. August. (2000)