高分解能マイクロX線回折法による歪みシリコン基板の研究

Research Project

Project/Area Number	16760018
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Applied materials science/Crystal engineering
Research Institution	Japan Synchrotron Radiation Research Institute
Principal Investigator	竹田晋吾 (財)高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門構造物性Iグループ, 協力研究員 (60373528)
Project Period (FY)	2004 – 2005
Project Status	Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help	¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000) Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000) Fiscal Year 2004: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Keywords	X線 / マイクロ回折 / 歪みシリコン / 評価 / ゾーンプレート / 光学計 / サブミクロン / 半導体デバイス
Research Abstract	本申請の研究に於いて本年度は、半導体デバイス基板を目的としたX線マイクロ回折光学計を開発し、その応用の第1段階として歪みシリコン基板の薄膜層の評価を行った。歪みシリコン基板とは、格子定数の大きなSi_<1-x>Ge_x層上に極薄Si層を形成して数%オーダーの引っ張り歪を加えることによりバンド構造を変調させ、キャリアの移動度の向上を実現する基板である。この技術は、半導体デバイスの微細化による高速化の限界を打破する手法として非常に注目を集めている。この歪シリコン技術の成功の鍵は、高品質の歪シリコン基板の開発にある。歪シリコン技術では数%オーダーの大きな歪を必要とするため、如何に無欠陥で均一性良く歪を導入できるかが移動度の向上に直結するためである。このため、歪みシリコン層の評価は非常に重要な課題である。そこで、本研究において歪シリコン層の歪をサブミクロンオーダーの空間分解能で定量することのできる評価法を開発した。本研究で選択した評価方法は、X線マイクロ回折である。X線マイクロ回折は、他の結晶歪み評価手法と比較して、歪みを直接測定できる、試料を非破壊で評価できるといった有効性がある。本研究で開発したX線マイクロ回折計は、集光素子としてゾーンプレートを利用することによりサブミクロンの空間分解能で歪を評価することが可能となった。実際に集光実験を行った結果、11keVのX線に対して集光X線のサイズは0.5μm(垂直)×1.6μm、角度発散は20arcsecを達成できた。本装置を用いて歪みシリコン基板のSiGe層の結晶性評価を行った。測定を行ったうちの代表的な結果について示す。60゜転位の導入により歪みが緩和されたSiGe基板では、ブロードな回折スポット中に数個のサブピークが観察された。これらは通常サイズのX線ビームを用いた回折測定では観察することが出来なかったものである。このようなサブピークの出現は、SiGe層中のモザイシティを反映している。その他様々な歪シリコンの歪層評価により、歪シリコン基板の高品質化に非常に有用な情報を提供できることを示すことができた。