The greater variability in the electrical properties of n-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) compared with those of p-type MOSFETs poses problems for scaling of silicon based large-scale integration technology. We have elucidated the origin of the variability difference between n- and p-type transistors by using laser-assisted atom probe tomography to directly count the number of discrete atoms in local regions. We found that ion implantation and activation annealing for source/drain extension fabrication enhances anomalous dopant fluctuations of boron atoms in n-MOSFET channel regions, interpreted by fast migration of boron atoms.

1.
G. E.
Moore
,
Electronics
38
,
114
(
1965
).
2.
International Technology Roadmap for Semiconductors 2009 Edition
, Metrology and Design, http://www.itrs.net/.
3.
T.
Mizuno
,
J.
Okamura
, and
A.
Toriumi
,
IEEE Trans. Electron Devices
41
,
2216
(
1994
).
4.
P. A.
Stolk
,
F. P.
Widdershoven
, and
D. B. M.
Klassen
,
IEEE Trans. Electron Devices
45
,
1960
(
1998
).
5.
A.
Asenov
and
S.
Saini
,
IEEE Trans. Electron Devices
46
,
1718
(
1999
).
6.
S.
Roy
and
A.
Asenov
,
Science
309
,
388
(
2005
).
7.
K.
Takeuchi
,
T.
Fukai
,
T.
Tsunomura
,
A. T.
Putra
,
A.
Nishida
,
S.
Kamohara
, and
T.
Hiramoto
,
Tech. Dig. – Int. Electron Devices Meet.
467
(
2007
).
8.
T.
Tsunomura
,
A.
Nishida
,
F.
Yano
,
A. T.
Putra
,
K.
Takeuchi
,
S.
Inaba
,
S.
Kamohara
,
K.
Terada
,
T.
Hiramoto
, and
T.
Mogami
,
Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
156
(
2008
).
9.
G. L.
Kellogg
and
T. T.
Tsong
,
J. Appl. Phys.
51
,
1184
(
1980
).
10.
Atom Probe Field Ion Microscopy
, edited by
M. K.
Miller
,
A.
Cerezo
,
M. G.
Hetherington
, and
G. D. W.
Smith
(
Oxford University Press
,
Oxford
,
1996
).
11.
D.
Blavette
,
E.
Cadel
,
A.
Fraczkiewicz
, and
A.
Menand
,
Science
286
,
2317
(
1999
).
12.
T. F.
Kelly
and
M. K.
Miller
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
031101
(
2007
).
13.
D. N.
Seidman
and
K.
Stiller
,
MRS Bull.
34
,
717
(
2009
).
14.
K.
Thompson
,
P. L.
Flaitz
,
P.
Ronsheim
,
D. J.
Larson
, and
T. F.
Kelly
,
Science
317
,
1370
(
2007
).
15.
T. F.
Kelly
,
D. J.
Larson
,
K.
Thompson
,
R. L.
Alvis
,
J. H.
Bunton
,
J. D.
Olson
, and
B. P.
Gorman
,
Annu. Rev. Mater. Res.
37
,
681
(
2007
).
16.
L. J.
Lauhon
,
P.
Adusumilli
,
P.
Ronsheim
,
P. L.
Flaitz
, and
D.
Lawrence
,
MRS Bull.
34
,
738
(
2009
).
17.
K.
Hono
,
T.
Ohkubo
,
Y. M.
Chen
,
M.
Kodzuka
,
K.
Oh-ishi
,
H.
Sepehri-Amin
,
F.
Li
,
T.
Kinno
,
S.
Tomiya
, and
Y.
Kanitani
,
Ultramicroscopy
111
,
576
(
2011
).
18.
K.
Thompson
,
J. H.
Bunton
,
T. F.
Kelly
, and
D. J.
Larson
,
J. Vac. Sci. Technol. B
24
,
421
(
2006
).
19.
K.
Inoue
,
F.
Yano
,
A.
Nishida
,
T.
Tsunomura
,
T.
Toyama
,
Y.
Nagai
, and
M.
Hasegawa
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
103506
(
2008
).
20.
K.
Inoue
,
F.
Yano
,
A.
Nishida
,
H.
Takamizawa
,
T.
Tsunomura
,
Y.
Nagai
, and
M.
Hasegawa
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
043502
(
2009
).
21.
K.
Inoue
,
F.
Yano
,
A.
Nishida
,
H.
Takamizawa
,
T.
Tsunomura
,
Y.
Nagai
, and
M.
Hasegawa
,
Ultramicroscopy
109
,
1479
(
2009
).
22.
Y.
Shimizu
,
H.
Takamizawa
,
K.
Inoue
,
T.
Toyama
,
Y.
Nagai
,
N.
Okada
,
M.
Kato
,
H.
Uchida
,
F.
Yano
,
T.
Tsunomura
,
A.
Nishida
, and
T.
Mogami
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
232101
(
2011
).
23.
M. K.
Miller
,
K. F.
Russel
, and
G. B.
Thompson
,
Ultramicroscopy
102
,
287
(
2005
).
24.
M. K.
Miller
,
K. F.
Russell
,
K.
Thompson
,
R.
Alvis
, and
D. J.
Larson
,
Microsc. Microanal.
13
,
428
(
2007
).
25.
H.
Takamizawa
,
K.
Inoue
,
Y.
Shimizu
,
T.
Toyama
,
F.
Yano
,
T.
Tsunomura
,
A.
Nishida
,
T.
Mogami
, and
Y.
Nagai
,
Appl. Phys. Express
4
,
036601
(
2011
).
26.
T.
Tsunomura
,
A.
Nishida
,
F.
Yano
,
A. T.
Putra
,
K.
Takeuchi
,
S.
Inaba
,
S.
Kamohara
,
K.
Terada
,
T.
Mama
,
T.
Hiramoto
, and
T.
Mogami
,
Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
110
(
2009
).
27.
T. Y.
Tan
and
U.
Gösele
,
Appl. Phys. A
37
,
1
(
1985
).
28.
D. J.
Eaglesham
,
P. A.
Stolk
,
H.-J.
Gossmann
, and
J. M.
Poate
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
2305
(
1994
).
29.
P. A.
Stolk
,
H.-J.
Gossmann
,
D. J.
Eaglesham
,
D. C.
Jacobson
,
C. S.
Rafferty
,
G. H.
Gilmer
,
M.
Jaraíz
,
J. M.
Poate
,
H. S.
Luftman
, and
T. E.
Haynes
,
J. Appl. Phys.
81
,
6031
(
1997
).
You do not currently have access to this content.