３次元アトムプローブによる半導体中に共注入した異種不純物間の相互作用の解明と制御

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24760246
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 清水 康雄 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40581963)
• キーワード: 電子・電気材料 / ナノ材料 / ３次元アトムプローブ / 複合クラスター / 同位体

研究概要

次世代半導体デバイスの実現に向けて、電気的に活性な不純物原子をナノスケールの精度で空間的に配置することが求められている。本研究は、異種原子の共注入による不純物位置制御を目指して、それに影響を与える異種原子で形成される超微小複合クラスターを３次元アトムプローブ法と半導体同位体材料による超構造を組み合わせて従来にない高精度で観察し、これらの不純物間の相互作用を解明し制御することを目的とするものである。さらに、電気的特性と対応させて複合クラスターの深さ位置における活性化への寄与を明らかにするとともに、異種イオン共注入時に導入される欠陥が活性化に与える影響も明らかにし、活性不純物の位置制御に関する重要な知見に繋がる指導原理を得ようとするものである。
本研究では、シリコン基板中に炭素とホウ素を共注入した後、熱処理を施すことで形成されるホウ素－炭素複合クラスターを３次元実空間解析し、拡がり抵抗測定結果と照らし合わせて、炭素がホウ素の電気的不活性化に寄与することを明らかにした。ここでは、３次元アトムプローブで得られたアトムマップをもとに、炭素クラスターに捉えられたホウ素が不活性化するモデルを提案し、その妥当性を検証した。
一方、３次元アトムプローブ評価において得られる３次元像は、深さ方向のスケールに任意性があるという特有の課題が残っていたが、原子層単位で平坦に製膜された同位体超構造試料が絶対的な深さ指標のものさしに利用でき、サブナノメートルの精度で不純物の実空間分布の取得が初めて可能となるとの着想から、最終年度において、シリコンあるいはゲルマニウムの同位体超構造試料の設計及び３次元アトムプローブ測定条件の最適化を実施し、深さ方向の元素分布の高精度化を図ることができた。

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: Vol. 6, Issue 2 ページ: 706–710
  • DOI: 10.1039/C3NR03605G
  • 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, and Y. Nagai
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol. 6 ページ: 046502/1-4
  • DOI: 10.7567/APEX.6.046502
  • 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: Vol. 6 ページ: 066602/1-3
  • DOI: 10.7567/APEX.6.066602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional evaluation of gettering ability of Σ3{111} grain boundaries 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: Vol. 103 ページ: 102102/1-4
  • DOI: 10.1063/1.4820140
  • 査読あり
• [雑誌論文] ３次元アトムプローブによる半導体ナノ構造の元素分布解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水康雄, 井上耕治, 高見澤悠, 矢野史子, 永井康介
  • 雑誌名: 日本真空学会機関誌 真空（Journal of the Vacuum Society of Japan）［解説］ 巻: 56巻 ページ: 340-347
  • DOI: 10.3131/jvsj2.56.340
  • 査読あり
• [学会発表] ３次元アトムプローブ法を用いた分子ドーピング形成によるシリコン表面上のリンと不純物原子の挙動評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清水康雄, 高見澤悠, 井上耕治, 矢野史子, 永井康介, L. Lamagna, G. Mazzeo, M. Perego, E. Prati
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県相模原市）
  • 年月日: 20140317-20140320
• [学会発表] 多結晶シリコントレンチゲート構造中のドーパント拡散の３次元評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高見澤悠, 清水康雄, 井上耕治, 矢野史子, 永井康介, 国宗依信, 井上真雄, 西田彰男, 池田昌弘
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県相模原市）
  • 年月日: 20140317-20140320
• [学会発表] ３次元アトムプローブによる半導体ナノ構造中の元素分布評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水康雄
  • 学会等名: カメカテクニカルセミナー2013
  • 発表場所: くるまプラザ貸会議室（東京都港区）
  • 年月日: 20131108-20131108
  • 招待講演
• [学会発表] ３次元アトムプローブによる半導体デバイス中のドーパント分布解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水康雄
  • 学会等名: （独）日本学術振興会 材料の微細組織と機能性 第133委員会第1分科会 第218回研究会
  • 発表場所: 東京工業大学キャンパスイノベーションセンター（東京都港区）
  • 年月日: 20131019-20131019
  • 招待講演
• [学会発表] Dopant diffusion in poly-silicon filled in trench structures analyzed by atom probe tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Inoue, H. Takamizawa, Y. Shimizu, F. Yano, Y. Nagai, Y. Kunimune, M. Inoue, A. Nishida, and M. Ikeda
  • 学会等名: JSAP-MRS Joint Symposia for 2013 JSAP Autumn Meeting
  • 発表場所: Doshisha University (Kyoto)
  • 年月日: 20130916-20130920
• [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: H. Takamizawa, Y. Shimizu, K. Inoue, F. Yano, and Y. Nagai
  • 学会等名: JSAP-MRS Joint Symposia for 2013 JSAP Autumn Meeting
  • 発表場所: Doshisha University (Kyoto)
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] 半導体デバイスの３次元アトムプローブ解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水康雄, 高見澤悠, 井上耕治, 永井康介
  • 学会等名: 第29回分析電子顕微鏡討論会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉県美浜区）
  • 年月日: 20130903-20130904
  • 招待講演
• [学会発表] 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
  • 学会等名: Microscopy & Microanalysis 2013 Meeting
  • 発表場所: Indianapolis, USA
  • 年月日: 20130804-20130808
• [学会発表] Dopant analysis of semiconductor devices with atom probe tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, H. Takamizawa, K. Inoue, F. Yano, and Y. Nagai
  • 学会等名: 14th International Symposium on SIMS and Related Techniques Based on Ion-Solid Interactions at Seikei University
  • 発表場所: Seikei University (Tokyo)
  • 年月日: 20130425-20130426
  • 招待講演
• [学会発表] Elemental distribution analysis in semiconductor-based MOS devices with atom probe tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, H. Takamizawa, K. Inoue, F. Yano, and Y. Nagai
  • 学会等名: JSAP-MRS Joint Symposia for 2013 JSAP Autumn Meeting
  • 発表場所: Doshisha University (Kyoto)
  • 年月日: 2013-09-17
  • 招待講演
• [図書] 日本分析化学会編, 試料分析講座 半導体・電子材料分析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 朝山匡一郎，伊藤寛征，井上耕治，植田和弘，上殿明良，表和彦，小林慶規，齋藤正裕，笹川薫，清水康雄，末包高史，高野明雄，張利，永井康介，中村誠，福嶋球琳男，藤田高弥，藤村聖史，星野英樹，松下光英，山田隆，行嶋史郎
  • 総ページ数: 328 (71-92)
  • 出版者: 丸善出版
• [備考] 永井研究室（清水康雄、和文）
  • URL: http://wani.imr.tohoku.ac.jp/yshimizu.html
• [備考] 永井研究室（清水康雄、英文）
  • URL: http://wani.imr.tohoku.ac.jp/yshimizu_english.html
• [備考] 東北大学研究者紹介（清水康雄）
  • URL: http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/bdade9d3e1da0c7a19d6872a59445e4e.html