不純物揺らぎによる特性ばらつきを抑えたデルタドープ型MOSデバイスに関する研究

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VLSIデバイスは性能向上のため急速に微細化しているが,微細化が進むと各種ばらつきが特性に大きく影響を及ぼすようになる.特に,チャネル中の不純物数の統計的な揺らぎは本質的な問題である.これは,サイズが全く同じデバイスであっても,デバイス中に存在する不純物の数は一定ではなく,統計的にばらつくという問題である.この不純物数の揺らぎがそのままデバイスの特性ばらつきとなり,将来のVLSIデバイスの限界を決める要因になりうる.本研究では,不純物揺らぎによる特性ばらつきを抑制する方法として,デルタドープ型MOSデバイスを提案した.このデバイスは,チャネル部分が高不純物濃度の下層と低濃度の上層の2層で構成されている.まず,2次元デバイスシミュレーションを用いてデルタドープMOSデバイスと従来の均一チャネルドープMOSデバイスの設計を行い,しきい値電圧および短チャネル効果の比較を行った.その結果,デルタドープMOSデバイスの方が短チャネル効果に強く,またしきい値電圧を低く設定できることが明らかとなった.次に,両デバイスについて,統計的不純物揺らぎによるしきい値電圧ばらつきの大きさを定量的に求め,両者の比較を行った.その結果,デルタドープMOSデバイスの方が不純物揺らぎの効果を格段に抑制できることを明らかにした.即ち,デルタドープMOSデバイスは,短チャネル効果を抑えつつしかも不純物揺らぎを抑えることができ,将来のサブ0.1μm世代の有望なVLSIデバイスデバイスであることを明らかにした.