ひずみ負荷による半導体デバイスの電気特性変動についてのナノメカニクス的検討

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23656083
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 鹿児島大学 (2012-2013); 京都大学 (2011)
• 研究代表者: 池田 徹 鹿児島大学, 理工学研究科, 教授 (40243894)
• 連携研究者: 小金丸 正明 福岡県産業, 科学技術振興財団 (20416506)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 材料設計 / プロセス / 物性 / 評価 / ひずみ効果 / 半導体

研究概要

応力を受けるSiの電気特性変動について，バルクシリコンの移動度特性はよく表されているものの，nMOSFETについては実験結果から得られる移動度変化との乖離が残った. この応力によるnMOSFETの移動度の変化についての理論値と実験値の乖離について，真性キャリア濃度の変化と電子がnMOSFETのチャネル化の非常に薄い層に偏在することによる，二次元量子化の影響について検討を行った． その結果，ひずみによる真性キャリア濃度変化の電気特性変動に対する寄与は比較的小さいことが分かった．また，反転層における 表面量子化の考慮も十分に現象を表現するには至らなかった．

研究成果

• [雑誌論文] SEM-DICMによる3次元積層チップの熱ひずみ計測に基づく非線形有限要素解析精度の評価・改善 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡大智, 池田徹, 宮 崎 則 幸, 田 中 宏 之, 畑尾卓也, 松本圭司, 小原さゆり, 折井靖光, 山田文明, 嘉田守宏
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌 巻: Vol.J96-C, No.11 ページ: 352-360
  • 査読あり
• [雑誌論文] 樹脂封止された積層半導体チップの残留応力に起因する電気特性変動評価手法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田和敏, 池田徹, 小金丸正明, 宮崎則幸
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) 巻: 第79巻,第797号 ページ: 74-88
  • 査読あり
• [雑誌論文] ドリフト拡散デバイスシミュレーションを用いた1軸負荷に起因するnMOSFET の電気特性変動評価手法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小金丸正明, 多田直弘, 池田徹, 宮崎則幸, 友景肇
  • 雑誌名: エレクトロニクス実装学会誌 巻: 第15巻, 第6号 ページ: 483-491
  • 査読あり
• [雑誌論文] 機械学会における電子実装の信頼性と熱制御に関する研究分科会活動について (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田徹
  • 雑誌名: エレクトニクス実装学会誌 巻: 第15巻第5号 ページ: 323-326
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain Measurement in Micro-electronic Packages Using Digital Image Correlation Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Ikeda, Toshifumi Kanno, Nobuyuki Shishido, Noriyuki Miyazaki, Hiroyuki Tanaka and Takuya Hatao
  • 雑誌名: Welding International 巻: Vol.25,No.11 ページ: 844-850
  • 査読あり
• [雑誌論文] Device Simulation for Evaluating Effects of Inplane Biaxial Mechanical Stess on n-Type Silicon Semiconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Koganemaru, Keisuke Yoshida, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki and Hajime Tomokage
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Electron Devices 巻: Vol.58,No.8 ページ: 2525-2536
  • 査読あり
• [学会発表] Device simulation for effecs of mechanical stress on electrical performances of NMOSFETs : The inpaacts of stress-induced change of intrinsic carriear density (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Koganemaru, Naohiro Tada, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki
  • 学会等名: The ASME 2013 International Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Microsystems (InterPACK 2013)
  • 発表場所: Burlingame, CA, USA
  • 年月日: 20130716-18
• [学会発表] Reliablility evaluation of a 3D SIC package by the combination of the SEM-DIC and the FEM (2013)
  • 著者名/発表者名: Toru Ikeda, Masatoshi Oka and Noriyuki Miyazaki
  • 学会等名: The ASME 2013 International Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Microsystems (InterPACK 2013)
  • 発表場所: Burlingame, CA, USA
  • 年月日: 20130716-18
• [学会発表] Nonlinear FEA for a 3D SIC package improved by the digital image correlation with SEM (2013)
  • 著者名/発表者名: Toru Ikeda, Masatashi Oka, Noriyuki Miyazaki, Keiji Matsumoto, Sayuri Kohara, Yasumitsu Orii, Fumiaki Yamada and Morihiro Kada
  • 学会等名: International Conference on Electronics Packaging in Osaka, ICEP2013 Proceedings
  • 年月日: 20130410-12
• [学会発表] デジタル画像相関法を用いたひずみ計測による微細電子実装部の非線形有限要素法の精度改善 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田徹
  • 学会等名: Marc Users Meeting 2012 in Fukuoka
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-11-22
  • 招待講演
• [学会発表] Numerical Evaluation of Correlation between Stress Concentration and Electronic Characteristics on nMOSFETs (2012)
  • 著者名/発表者名: Naohiro Tada, Masaaki Koganemaru, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki and Hajime Tomokage
  • 学会等名: International Computational Mechanics Symposium 2012 (ICMS2012)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 2012-10-11
• [学会発表] Improvement of the Accuracy of Nonlinear Finite Element Analysis for a 3D SIC Package Using SEM and DICM (2012)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Oka, Shinya Kawahara, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki, Hiroyuki Tanaka and Takuya Hatao
  • 学会等名: International Computational Mechanics Symposium 2012 (ICMS2012)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 2012-10-11
• [学会発表] nMOSFET 内部の応力分布と電気特性との相関に関するデバイスシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 小金丸正明, 多田直弘, 池田徹, 宮崎則幸, 友景肇
  • 学会等名: 日本機械学会第25回計算力学講演会講演論文集
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2012-10-06
• [学会発表] SEM-DICM を用いた3D-SIC 模擬チップのひずみ計測と有限要素解析精度の向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田徹, 岡大智, 宮崎則幸, 田中宏之, 畑尾卓也
  • 学会等名: 日本機械学会第25回計算力学講演会講演論文集
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2012-10-06
• [学会発表] SEMを用いたデジタル画像相関法による熱ひずみ計測を用いた三次元積層チップの非線形有限要素解析精度評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡大智, 池田徹, 宮崎則幸, 松本圭司, 小原さゆり, 折井靖光, 山田文明, 嘉田守弘
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2012材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 松山市
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] Numerical Study on Impact of Mechanical Stress in the Regions of High Current Density in n-type MOS Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Koganemaru, Naohiro Tada, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki and Hajime Tomokage
  • 学会等名: 4th Electronics System Integration technologies Conference (ESTC 2012)
  • 発表場所: Amsterdam, The Netherlands
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Takuya Hatao Reliability Evaluation of a New 3D SIC Package by FEM and Thermal -Strain Measurement with Digital Image Correlation Using SEM (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Ikeda, Masatoshi Oka, Noriyuki Miyazaki, Hiroyuki Tanaka
  • 学会等名: The 14th International Conference on Electronic Meterials and Packaging (EMAP 2012)
  • 発表場所: Hong Kong
  • 年月日: 2012-09-15
• [学会発表] SEMとデジタル画像相関法によるひずみ計測を利用した三次元積層チップの非線形有限要素解析の精度向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡大智, 河原真哉, 池田徹, 宮崎則幸, 松本圭二, 小原さゆり, 折井靖光, 山田文明, 嘉田守弘
  • 学会等名: 第22回マイクロエレクトロニクスシンポジウム (MES2012)
  • 発表場所: 堺市
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] デバイス内部の応力集中と真性キャリア濃度変化を考慮したnMOSFET の電気特性変動でバイスシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 多田直弘, 小金丸正明, 池田徹, 宮崎則幸, 友景肇
  • 学会等名: 第22回マイクロエレクトロニクスシンポジウム (MES2012)
  • 発表場所: 堺市
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] Improvement of Nonlinear Finite Element Analyses of Electronic Packaging Using the Strain Measurement with the Digital Image Correlation (2012)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Miyazaki, Toru Ikeda and Masatoshi Oka
  • 学会等名: 10th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Sao Paulo, Brazil
  • 年月日: 2012-07-12
• [学会発表] Device Simulation of Stress Effect on Electrical Performances of Semiconductor Devices : Impact of Mechanical Stress in the Region of High Current Density in the Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Koganemaru, Naohiro Tada, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki and Hajime Tomokage
  • 学会等名: 10th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Sao Paulo, Brazil
  • 年月日: 2012-07-12
• [学会発表] Combination between the Nonlinear Finite Element Analyses and the Strain Measurement Using the Digital Image Correlation for a New 3D SIC Package (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Ikeda, Masatoshi Oka, Shinya Kawahara, Noriyukiu Miyazaki, Keiji Matsumoto, Sayuri Kohara, Yasumitsu Orii, Famada Yamada and Morihiro Kada and M. Kada
  • 学会等名: IEEE International 3D System Integration Conference (IEEE 3DIC 2011)
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2012-02-01
• [学会発表] デジタル画像相関法によるひずみ計測を用いた三次元積層チップの微細接合部のひずみ評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡大智, 池田徹, 宮崎則幸
  • 学会等名: 第18回エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術シンポジウム (Mate 2012)
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2012-01-31
• [学会発表] Numerical Study on Impact of Uniaxial Stress on n-type Silicon MOS Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Koganemau, Naohiro Tada, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki and Hajime Tomokage
  • 学会等名: The13th International Conference on Electronics Materials and Packaging (EMAP2011)
  • 発表場所: Kyoto Japan
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Improvement of the Accuracy of the Nonlinear Finite Element Analyses for a New 3D SIC Package Using the Thermal Strain Measurement with the Digital Image Correlation (2011)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Oka, Shinya Kawahara, Toru Ikeda and Noriyuki Miyazaki
  • 学会等名: The13th International Conference on Electronics Materials and Packaging (EMAP2011)
  • 発表場所: Kyoto Japan
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Improvement of the Nonlinear Finite Element Analyses for a 3D SIC using the Strain Measurement by the Digital Image Correlation (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Ikeda, Shinya Kawahara, Masatoshi Oka, Noriyuki Miyazaki
  • 学会等名: International Conference on Materials and Reliability 2011 (ICMR2011)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] デジタル画像相関法による次世代三次元積層チップ断面のひずみ計測を用いた非線形有限要素法解析精度の向上 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡大智, 河原真哉, 池田徹, 宮崎則幸
  • 学会等名: 日本機械学会第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山市
  • 年月日: 2011-10-08
• [学会発表] デバイスシミュレーションによるnMOSFETへの一軸応力負荷の影響評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 多田直弘, 小金丸正明, 池田徹, 宮崎則幸, 友景肇
  • 学会等名: 日本機械学会第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山市
  • 年月日: 2011-10-08
• [学会発表] Evaluation of Uniaxial-Stress Effects on DC Characteristics of n-type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Koganemaru, Keisuke Yoshida, Naohiro Tada, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki and Hajime Tomokage
  • 学会等名: International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics (ATEM'11)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] nMOSFETにおける1軸応力の影響評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小金丸正明, 多田直弘, 池田徹, 宮崎則幸, 友景肇
  • 学会等名: 第21回マイクロエレクトロニクスシンポジウム (MES2011)
  • 発表場所: 吹田市
  • 年月日: 2011-09-08
• [学会発表] デジタル画像相関法による熱ひずみ計測を用いた次世代三次元積層チップの非線形有限要素解析精度の改善 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡 大智, 河原真哉, 池田 徹, 宮崎則幸
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2010材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 北九州市
  • 年月日: 2011-07-16
• [学会発表] The ASME 2011 Pacific Rim Technical Conference & Exposition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Koganemaru, Keisuke Yoshida, Naohiro Tada, Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki and Hajime Tomokage
  • 学会等名: MEMS and NEMS (InterPACK 2011)
  • 発表場所: Portland, USA
  • 年月日: 2011-07-06