不純物原子の規則配列を有する半導体デバイスの開発

杂质原子规则排列的半导体器件的开发

基本信息

批准号：
18681021
负责人：
品田賢宏
金额：
$ 7.32万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

ナノデバイスでは、その電気的特性を制御するために導入される不純物原子の離散性が顕在化し、ランダムな分布故、デバイス毎に不純物原子個数および位置がゆらぐ結果、デバイス特性がバラつく、いわゆる"不純物ゆらぎ"が問題となる。本研究では、単一イオン注入法を用いて、半導体晶中に不純物原子を規則的に配列させた新しい半導体デバイスを創製し、不純物原子配列方法が半導体電気的特性に与える影響を調査する。不純物原子分布のデバイス特性への影響を調査するために、不純物分布を偏在させたSi抵抗体を試作した。電子線リソグラフィーを用いて、長さ500nm、幅2.5μmの抵抗体上に幅200nmのイオン注入用窓を有するマスクを形成した。イオン注入窓をチャネル中央、およびチャネル中央からソース側へ200nmの位置に設け、30keVのPイオンを1×10^11cm^-2注入し、2種類の不純物分布を有する抵抗体を実現した。ドレイン側に偏在する抵抗体は、ソース側に偏在させた抵抗体を電気的にソース/ドレインを入れ替えることによって実現している。レジスト剥離後、窒素雰囲気中、900℃、5minのアニール仁よって注入イオンの電気的活性化を行った。ドレイン電流のゲート電圧依存性を計測したところ、チャネル中央に不純物分布を有する抵抗体では、ソースとドレインを入れ替えても特性は対称であったが、チャネル中央からソース側へ200nmの位置に不純物を配置した抵抗体では、ソースとドレインの入替によって特性が変化することが判明した。不純物原子がソース側よりドレイン側に偏在する方が、ドレイン電流が高くなる結果が得られている。ナノデバイスで顕在化する不純物原子の離散性を考慮したナノデバイスのモデリングが世界的中で進められているが、サブミクロンデバイスにおいて不純物分布の違いが電気的特性に及ぼす影響を初めて実験的に検証した。

在纳米版本中，引入用于控制其电气特性的杂质原子的离散性变得显而易见，并且随机分布会导致每个设备的杂质原子的数量和位置，从而导致设备特性的变化，从而导致所谓的“杂质波动”。在这项研究中，创建了一种新的半导体装置，其中使用单个离子植入方法定期在半导体晶体中排列杂质原子，并研究了杂质原子对半导体电性能的杂质原子的影响。为了研究杂质原子分布对设备特性的影响，我们创建了一个具有不均匀分布杂质的原型SI电阻。电子束光刻用于在500 nm长和2.5μm宽的电阻器上形成带有200 nm宽离子植入窗口的掩模。从通道中心和从通道中心到源侧的位置提供了一个离子植入窗口，并植入了30 keV p离子的1×10^11cm^-2 -2，以实现具有两种杂质分布的电阻。电阻分布在排水侧不均匀，通过用电阻在源侧分布不均匀的电阻来实现电源/排水管的实现。去除抗性后，将植入的离子在900°C的氮气气氛中电动激活5分钟。在测量排水电流的栅极电压依赖性时，发现，在通道中心具有杂质分布的电阻器中，即使源和排水量更换了源和排水，该特性也是对称的，但是在电阻器中处于杂质位置处置为200 nm的电阻器中心，从通道中心到源侧的特征，由于来源而变化。当杂质原子在排水侧而不是源侧分布不均匀时，排水电流会增加。在全球范围内进行了纳米杂质原子的离散性的建模，但我们首次验证了杂质分布差异对杂质分布的影响对杂质设备中电性能的影响。