ナノMOSFETの揺らぎとデバイスインテグリティ

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18063006
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平本 俊郎 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20192718)
• 連携研究者: 更屋 拓哉 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (90334367)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 特性ばらつき / しきい値電圧 / SOI / SRAM

研究概要

実測と三次元シミュレーションにより微細トランジスタの特性ばらつきについて検討を行った.特性ばらつきに強いデバイス構造として,極薄埋込酸化膜を有するSOIトランジスタを挙げ,従来のバルクトランジスタとは逆に,しきい値電圧を高くするほどばらつきが抑制されることを示した.また,製造後に特性ばらつきを自己抑制する新しい手法を考案し,その効果をシミュレーションにより実証した.

研究成果

• [雑誌論文] Threshold Voltage Dependence of Threshold Voltage Variability in Intrinsic Channel Silicon-on-Insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: C.Lee, A.T.Putra, K.Shimizu, T.Hiramoto
  • 雑誌名: No.4, Issue 2 ページ: 04DC01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Oxide Thickness Fluctuation and Local Gate Depletion on Threshold Voltage Variation in Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistors (2009)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, T.Tsunomura, A.Nishida, S.Kamohara, K.Takeuchi, T.Hiramoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.48, No.6 ページ: 064504
  • 査読あり
• [雑誌論文] MOSトランジスタのスケーリングに伴う特性ばらつき (2009)
  • 著者名/発表者名: 平本俊郎, 竹内潔, 西田彰男
  • 雑誌名: 電子情報通信学会会誌 Vol.92, No.6 ページ: 416-426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consideration of Random Dopant Fluctuation Models for Accurate Prediction of Threshold Voltage Variation of Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors in 45nm Technology and Beyond (2009)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, A.Nishida, S.Kamohara, T.Tsunomura, T.Hiramoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.48, No.4 ページ: 044502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Random Threshold Voltage Variability Induced by Gate-Edge Fluctuations in Nanoscale Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (2009)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, A.Nishida, S.Kamohara, T.Hiramoto
  • 雑誌名: Applied Physics Express Vol.2, No.2 ページ: 024501
  • 査読あり
• [雑誌論文] 増大する微細MOSトランジスタの特性ばらつき:現状と対策 (2008)
  • 著者名/発表者名: 平本俊郎, 竹内潔, 西田彰男
  • 雑誌名: 電気学会論文誌C Vol.128, No.6 ページ: 820-824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variable Body-Factor SOI MOSFET with Ultrathin Buried Oxide for Adaptive Threshold Voltage and Leakage Control (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Ohtou, T.Saraya, T.Hiramoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Electron Devices vol.54, no.1 ページ: 40-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Parameter Variations and Random Dopant Fluctuations on Short-Channel Fully Depleted SOI MOSFETs With Extremely Thin BOX (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Ohtou, N.Sugii, T.Hiramoto
  • 雑誌名: IEEE Electron Devices Letters Vol.28, No.8 ページ: 740-742
  • 査読あり
• [雑誌論文] Device Design of Nanoscale MOSFETs Considering the Suppression of Short Channel Effects and Characteristics Variations (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto, T.Nagumo, T.Ohtou, K.Yokoyama
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics Vol.E90-C, No.4 ページ: 836-841
  • 査読あり
• [雑誌論文] Threshold-Voltage Control of AC Performance Degradation-Free FD SOI MOSFET With Extremely Thin BOX Using Variable Body-Factor Scheme (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Ohtou, K.Yokoyama, K.Shimizu, T.Nagumo, T.Hiramoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Electron Devices Vol.54, No.2 ページ: 301-307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design Guideline of Multi-Gate MOSFETs With Substrate-Bias Control (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Nagumo, T.Hiramoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Electron Devices Vol.53, No.12 ページ: 3025-3031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling of Body Factor and Subthreshold Swing in Bulk Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors in Short-Channel Regime (2006)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, M.Saitoh, G.Tsutsui, T.Hiramoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.45, No.8A ページ: 6173-6176
  • 査読あり
• [学会発表] Statistical Comparison of Random Telegraph Noise (RTN) in Bulk and Fully Depleted SOI MOSFETs (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Nishimura, T.Saraya, T.Hiramoto
  • 学会等名: Ultimate Integration of Silicon (ULIS)
  • 発表場所: Cork, Ireland
  • 年月日: 2011-03-16
• [学会発表] Measurements and characterization of statistical variability (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto
  • 学会等名: Workshop on Simulation and Characterization of Statistical CMOS Variability and Reliability, The International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD)
  • 発表場所: Royal Hotel Carlton, Bologna, Italy
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] Effect of Back Bias on Variability in Intrinsic Channel SOI MOSFETs (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto, T.Saraya, C.Lee
  • 学会等名: International Symposium on Technology Evolution for Silicon Nano-Electronics (ISTESNE)
  • 発表場所: Tokyo Institute of Technology
  • 年月日: 2010-06-03
• [学会発表] Simultaneously improvement of Write and Static Noise Margins in SRAM by Post-Fabrication Self-Convergence Technique (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, T.Saraya, K.Shimizu, T.Sakurai, T.Hiramoto
  • 学会等名: Workshop "The Fruits of Variability Research in Europe", Design, Automation & Test in Europe (DATE)
  • 発表場所: International Congress Centre in Dresden, Dresden, Germany
  • 年月日: 2010-03-12
• [学会発表] Variability research : accomplishments and future directions-a Japanese perspective (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto
  • 学会等名: Workshop "The Fruits of Variability Research in Europe", Design, Automation & Test in Europe (DATE)
  • 発表場所: International Congress Centre in Dresden, Dresden, Germany
  • 年月日: 2010-03-12
• [学会発表] Improvement of Static Noise Margin in SRAM by Post-Fabrication Self-Convergence Technique (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, T.Saraya, K.Shimizu, T.Sakurai, T.Hiramoto
  • 学会等名: International Semiconductor Device Research Symposium (ISDRS), TP7-03
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] Anomalous Back-Bias Dependence of Threshold Voltage Variability in NMOSFETs Due to High Concentration Regions near Source and Drain (2009)
  • 著者名/発表者名: I.Yamato, T.Mama, T.Tsunomura, A.Nishida, T.Hiramoto
  • 学会等名: International Semiconductor Device Research Symposium (ISDRS), WP5-04
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
  • 年月日: 2009-12-09
• [学会発表] Vth Dependence of Vth Variability in Intrinsic Channel SOI MOSFETs with Ultra-Thin BOX (2009)
  • 著者名/発表者名: C.Lee, A.T.Putra, K.Shimizu, T.Hiramoto
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2009-10-07
• [学会発表] Post-Fabrication Self-Convergence Scheme for Suppressing Variability in SRAM Cells and Logic Transistors (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, T.Saraya, K.Shimizu, T.Sakurai, T.Hiramoto
  • 学会等名: Symposium on VLSI Technology, pp.148-149
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-06-16
• [学会発表] A New Methodology for Evaluating VT Variability Considering Dopant Depth Profile (2009)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, T.Tsunomura, A.Nishida, S.Kamohara, K.Takeuchi, S.Inaba, K.Terada, T.Hiramoto
  • 学会等名: Symposium on VLSI Technology, pp.116-117
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-06-16
• [学会発表] Impact of Lateral Dopant Profile on Threshold Voltage Variability in Scaled MOSFETs (2009)
  • 著者名/発表者名: I.Yamato, A.T.Putra, T.Hiramoto
  • 学会等名: Silicon Nanoelectronics Workshop, pp.35-36
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-06-13
• [学会発表] Characterization of CMOS Variability Utilizing 1M-DMA and Takeuchi Plot (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto
  • 学会等名: Workshop on Test Structure Design for Variability Characterization
  • 発表場所: DoulbleTree Hotel, San Jose, CA, USA
  • 年月日: 2008-11-13
• [学会発表] Measuring and Understanding Device Variability (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto
  • 学会等名: ESSDER/ ESSIRC Variability Workshop
  • 発表場所: Edinburgh International Conference Centre, Edinburgh, UK
  • 年月日: 2008-09-19
• [学会発表] Impact of Fixed Charge at MOSFETs' SiO2/Si Interface on Vth Variation (2008)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, T.Tsunomura, A.Nishida, S.Kamohara, K.Takeuchi, T.Hiramoto
  • 学会等名: International Conference on Simulation of Semiconductor Devices and Processes (SISPAD)
  • 発表場所: Hakone Prince Hotel, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2008-09-09
• [学会発表] Mobility and Variability in Silicon Nanowire MOSFETs (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto, M.Kobayashi, J.Chen
  • 学会等名: 14th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications (ISPSA-2008), p.192
  • 発表場所: Korea, Ramada Plaza Jeju Hotel, Jeju
  • 年月日: 2008-08-27
• [学会発表] Impact of Atomic Oxide Roughness and Local Gate Depletion on Vth Variation in MOSFETs (2008)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, T.Tsunomura, A.Nishida , S.Kamohara, K.Takeuchi, T.Hiramoto
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop, S1205
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village, HI, USA
  • 年月日: 2008-06-15
• [学会発表] FinFETs with Both Large Body Factor and High Drive-Current (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Takahashi, A.T.Putra, T.Hiramoto
  • 学会等名: International Semiconductor Device Research Symposium (ISDRS), WP9-01-11
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
  • 年月日: 2007-12-12
• [学会発表] Impact of Local Poly-Si Gate Depletion on Vth Variation in Nanoscale MOSFETs Investigated by 3D Device Simulation (2007)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, A.Nishida, S.Kamohara, T.Tsunomura, T.Hiramoto
  • 学会等名: International Semiconductor Device Research Symposium (ISDRS), WP8-03
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
  • 年月日: 2007-12-12
• [学会発表] Robust Design of Transistors : Present Status and Measures to Characteristic Variations (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto
  • 学会等名: 2007 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD 2007), pp.5-8
  • 発表場所: Commodore Hotel Gyeongju Chosun, Korea
  • 年月日: 2007-06-25
• [学会発表] Body Factor and Leakage Current Reduction in Bulk FinFETs (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Takahashi, T.Ohtou, A.T.Putra, K.Shimizu, T.Hiramoto
  • 学会等名: Silicon Nanoelectronics Workshop, pp.95-97
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kyoto
  • 年月日: 2007-06-10
• [学会発表] Random Vth Variation Induced by Gate Edge Fluctuations in Nanoscale MOSFETs (2007)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, A.Nishida, S.Kamohara, T.Hiramoto
  • 学会等名: Silicon Nanoelectronics Workshop, pp.73-74
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kyoto
  • 年月日: 2007-06-10
• [学会発表] Characteristics Variation in Silicon Nanowire Transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto, M.Kobayashi
  • 学会等名: 3rd International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation
  • 発表場所: Brussels, Bergium
  • 年月日: 2007-04-17
• [学会発表] Experimental Demonstrations of Superior Characteristics of Variable Body-Factor (γ) Fully-Depleted SOI MOSFETs with Extremely Thin BOX of 10nm (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ohtou, T.Saraya, K.Shimokawa, Y.Doumae, Y.Nagatomo, J.Ida, T.Hiramoto
  • 学会等名: IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), pp.877-880
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2006-12-13
• [学会発表] Experimental Study on Quantum Structure of Silicon Nano Wire and Its Impact on Nano Wire MOSFET and Single-Electron Transistor (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Kobayashi, T.Hiramoto
  • 学会等名: Technical Digests of IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), pp.1007-1009
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2006-12-11
• [学会発表] Critical Substrate Bias in Variable-Threshold Voltage CMOS with Short Channel FD SOI MOSFETs (2006)
  • 著者名/発表者名: A.T.Putra, T.Ohtou, T.Hiramoto
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop, pp.159-160
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2006-06-12
• [学会発表] Impact of Parameter Variations and Random Dopant Fluctuations on Short-Channel Fully-Depleted SOI MOSFETs with Extremely Thin BOX (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ohtou, N.Sugii, T.Hiramoto
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop, pp.15-16
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2006-06-11
• [学会発表] Multi-Gate MOSFETs with Back-Gate Control (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hiramoto, T.Nagumo
  • 学会等名: 2006 International Conference on Integrated Circuit Design and Technology (ICICDT), pp.80-81
  • 発表場所: Padova University, Padova, Italy
  • 年月日: 2006-05-25
• [図書] 集積ナノデバイス (2009)
  • 著者名/発表者名: 平本俊郎, 内田建, 竹内潔, 杉井信之
  • 総ページ数: 199-221
  • 出版者: 丸善
• [産業財産権] ラッチ回路の電圧特性調整方法および半導体装置の電圧特性調整方法 (2009)
  • 発明者名: 平本俊郎, 鈴木誠, 桜井貴康
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 特許,特願2009-141510
  • 出願年月日: 2009-06-12