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半導体研究者の業績紹介サイト | 芝原　健太郎 (Kentaro Shibahara)site
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Si半導体の研究業績紹介

Si半導体の研究業績紹介 Research Achievements in Si Semiconductors

下記の説明図（Sbの斜めイオン注入による電流駆動力と断面写真）

MOSFETの微細化・性能向上のためには，ゲート長の縮小はもちろんソース・ドレインの浅接合形成技術の改善が不可欠となる．ゲート長100 nm以下，ゲート酸化膜1.2 nmの極微細MOSFETを実現し[1]（1998年），さらにSb（アンチモン）イオン注入技術を開発して接合深さ20 nmを達成した[2]（1999年）．その後、ソース・ドレインとゲートのオーバラップ領域を充分に確保するための斜め（チルト）イオン注入を提案し、電流駆動力の向上を実証した[3-1]～[3-2]（2002年）．

【関連抄録・論文】
[1-1] K. Shibahara, H. Furumoto, K. Egusa, M. Koh, and S. Yokoyama, “Impact of 1.2-nm-Thick Gate Oxide on Sub-100-nm n-MOSFETs”, Ext. Abst. Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM’98), pp. 32-33, 1998. [DOI: (None)] URL: https://www.jsap.or.jp/
[2-1] K. Shibahara, “Ultra-shallow junction formation with antimony implantation”, IEICE Trans. Electron., E.85-C (2002) 1091-1097 (Invited). DOI: 10.1587/e85-c_5_1091
[3-1] N. Maeda, D. Onimatsu, Y. Ishikawa, and K. Shibahara, “Gate-extension overlap control by Sb tilt implantation”, Proc. of the 2nd Int. Semiconductor Tech. Conf. (ISTC2002), Vol. 2002-17, pp. 165-171, 2002. [DOI: (None)] URL: https://www.electrochem.org/
[3-2] K. Shibahara and N. Maeda, “Gate-Extension Overlap Control by Sb Tilt Implantation”, IEICE Transactions on Electronics, Vol. E90-C, No. 5, pp. 973-977, 2007. [Full Paper] [DOI: 10.1093/ietele/e90-c.5.973] URL: https://search.ieice.org/

下記記述の説明図（FUSI MOS 構造の不純物による仕事関数変調可能域）

MOSFETのゲート電極をポリシリコンから空乏化の起こらない金属に置き換えると実効的ゲート絶縁膜薄層化が可能となるが，金属は仕事関数が材料固有であるために，同一金属でp型／n型MOSFETそれぞれに適したゲート仕事関数を得ることは不可能である．そこで，Mo電極に固相拡散で窒素を導入する方法[4-1]～[4-2]（2003 年）や，NiSi及びPd2Si フルシリサイドゲート（FUSI）のシリサイド化前のポリシリコンに不純物を添加することで，仕事関数の変調が可能であることを示した[5-1]～[5-4]（2004～2006 年）．

【関連抄録・論文】
[4-1] M. Hino, T. Amada, N. Maeda, and K. Shibahara, “Influence of nitrogen profile on metal workfunction in Mo/SiO2/Si MOS structure”, Ext. Abst. Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM’03), pp. 494-495, 2003.
[4-2] K. Sano, M. Hino, and K. Shibahara, “Workfunction Tuning for Single-Metal Dual-Gate CMOS with Mo and NiSi Electrodes”, IEICE Transactions on Electronics, Vol. E88-C, No. 4, pp. 581-587, 2005. [Full Paper]
[5-1] K. Sano, M. Hino, N. Ooishi, and K. Shibahara, “Workfunction tuning using various impurities for fully silicided NiSi gate”, Ext. Abst. Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM’04), pp. 456-457, 2004. DOI: 10.7567/ssdm.2004.p3-6
[5-2] K. Sano, M. Hino, and K. Shibahara, “Workfunction Tuning for Single-Metal Dual-Gate CMOS with Mo and NiSi Electrodes”, IEICE Transactions on Electronics, Vol. E88-C, No. 4, pp. 581-587, 2005. [Full Paper]
[5-3] T. Hosoi, K. Sano, K. Hosawa, and K. Shibahara, “Pd2Si fully-silicided gate: kinetics of silicide formation and workfunction tuning”, Ext. Abst. Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM’06), pp. 218-219, 2006. DOI: 10.7567/ssdm.2006.j-2-2
[5-4] T. Hosoi, K. Sano, K. Hosawa, and K. Shibahara, “Formation kinetics and workfunction tuning of Pd2Si fully silicided metal gates”, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 46, No. 4B, pp. 1929-1933, 2007. DOI: 10.1143/JJAP.46.1929

下記記述の説明図（Ge表面の断面TEM画像）


MOSFETの性能向上のために，Siに替わるチャネル材料としてGeが注目されているが，そのプロセス技術は未熟であり，ドーパント不純物の低い固溶度・高い拡散係数などが接合形成の課題である．Geの場合，浅接合形成のために重イオン注入によるプレアモルファス化を行うと，Ge表面の揮発性酸化物の反応性脱離によって顕著な表面荒れが生じてしまうが（(a) Sb注入），SiO2キャップ層（(b)）やXeイオンによるプレアモルファス化（(c)）によってそれが抑制できることを見出した[6-1]～[6-2]（2006年）．

【関連抄録・論文】
[6-1] T. Fukunaga, K. Hosawa, T. Hosoi, and K. Shibahara, “Xe Preamorphization Implantation for Transient Enhanced Diffusion Suppression of As in Ge Substrate”, Extended Abstracts of the International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM’06), pp. 452-453, 2006.
DOI: 10.7567/ssdm.2006.f-2-4
[6-2] T. Fukunaga, K. Hosawa, T. Hosoi, and K. Shibahara, “Xe Preamorphization Implantation for Transient Enhanced Diffusion Suppression of As in Ge Substrate”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 4B, pp. 2114-2118, 2007. (Full Paper)
DOI: 10.1143/JJAP.46.2114

2008年以降の研究紹介 広島大学RNBS年報から（芝原による）※いずれも図は著作権処理中です。

「ナノメタルスケールMOSFETの研究」（RNBS年報2008-2009)
Nano-meter scale MOSFETs
「Geへの極浅接合形成へのチャレンジ」（RNBS年報2008-2009)
Challenge to ultra-shallow-junction formation in Ge
「イオン注入によるGeのアモルファス化臨界ドーズ」_(RNBS年報2009-2010)
Critical dose for amorphization of Ge by ion implantation

編集履歴：2026年5月23日関連論文を複数掲載（掲載継続中）,5月26日 広島大学RNBS年報2008-2009掲載,関連論文を複数追加