表面光起電力を利用したSiウエハの加工変質層の高感度計測

• Project/Area Number: 09875036
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 機械工作・生産工学
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山内 和人 大阪大学, 工学研究科, 助教授 (10174575)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐野 泰久 (佐野 康久) 大阪大学, 工学研究科, 助手 (40252598) ; 山村 和也 大阪大学, 工学研究科, 助手 (60240074) ; 森 勇蔵 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00029125)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 1998: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 1997: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 表面光起電力 / 分光 / 超精密加工 / 表面電子準位 / 数値制御加工 / SPV / シリコン / ポリシング / エッチング / CEM

Research Abstract

本研究は、半導体表面における光起電力効果(太陽電池の発電機構と同じ現象であり、表面の加工変質層に起因する結晶学的変化に伴った電子構造の変化に極めて敏感であると考えられる。)に着目し、表面の結晶学的構造の極めて微小な変化の検出を試みるものである。本手法は、我々が独自に開発を進めているものであり、半導体表面に存在する空間電荷層内で結晶学的な構造の乱れに起因する電子準位をバンドギャップよりエネルギーの小さい光によって選択的に励起し、このときの表面電位の変化を検出しようとするものである。これまでに、入射する光のエネルギーを1.3μm(半導体レーザーを使用。Siのバンドギャップエネルギーに相当する光は約1.1μm。)とし、表面の電子状態のゆらぎを低減するために試料を液体窒素温度まで冷却にすることによって、ポリシングによって得られたSiウェハ表面と純粋に化学的なエッチングよって得られたSiウエハ面の電子構造の差を見出すことに成功した。にれらの表面は今日の最先端の加工技術によって得られたものであり、極めて微小な違いしかなく、これまでの技術ではその差を検出できていない。)
本研究では、赤外域(1.1〜5.0μm)でのスペクトロスコピーを本手法に組合せることを提案し、これを実現した。開発した装置により、Si(001)面のEEM(Elastic Emission Machining)表面や化学研磨面、ポリシング面等を観察した結果、機械的なダメージ対応する機械加工面特有の準位構造と化学的加工法の特徴的な準位構造の分離に成功した。また、同時にこれまで非破壊で差異を検出することの出来なかったSi(001)面超精密加工面間の違いを高感度に検出できることが分かった。今後、検出された準位構造と加工表面の原子配置との対応の詳細を検討することが今後の課題である。