電子線後方散乱法を用いた局所的半導体結晶性分布評価法の開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K13675
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 花房 宏明 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (70630763)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 局所的結晶配列

Outline of Annual Research Achievements

本研究では電子線後方散乱分析法を単結晶半導体の評価に適応し、定量性を持った微小領域の結晶性評価と分布評価を可能とする新しい評価法開発に挑戦している。従来の評価手法である透過型電子顕微鏡は原子スケールでの結晶性評価には優れているが定量性に困難さを有し、また面内分布評価は手間のかかる加工を繰り返さなければならず、不得手であると言える。一方、X線や光学的分析法は空間分解能の制限から電子デバイス構造上重要な数十ナノメートル領域の分布評価を極めて困難にしている。本研究では多結晶の半導体や金属の評価に用いられてきた電子線後方散乱分析法を微小領域における結晶の均一性や歪の定量的な面内分布評価手法開発に適用し、光学的評価手法と透過型電子顕微鏡の極微細領域測定手法を補完する新しい評価手法確立を目指している。
平成28年度では提案しているSEM-EBSD法を用いた結晶性評価の理論的な基礎確立と結晶性が制御された半導体サンプルを測定し、従来法との比較を行いながら結晶均質性と歪応力の値を定量的に算出する2項目を目的としたが、理論的なモデル検証を進めている段階で、定量評価手法の検証までは進んでいない。
菊池線パターンと結晶性に関する理論的な原理の検証をテーマに、電子線の照射範囲である数十～数百ナノメートルの領域内において、結晶の規則配置中に不純物原子を内包した場合、菊池線パターンの変化をシミュレーションを可能とするモデル構築を進めた。
現在のところ、引き続きシミュレーションモデルの構築とシミュレーションを実際に行い、従来からあるミラー指数を基にしたモデルと比較を行い検証を進めている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成28年度ではI.菊池線パターンと結晶性に関する理論的な原理の検証とII.結晶性制御されたサンプルの作製と従来の測定法による結晶均一性と歪応力の評価を行い、研究を進展させる基盤形成を目的とした。しかしながら、Iの理論モデルの構築に時間がかかっており、研究の進捗としてやや遅れている。
具体的には、結晶が有する本来の周期配列と不純物原子が作る構造に歪を有した周期配列の関係を菊池線パターンに反映させるモデルを導入し、菊池線のパターン変化と明瞭さをシミュレーションする研究を行っている。特に不純物原子の周期構造が作り出すパターンの変化を併せたモデル構築に時間がかかっており注力して進めている。
また、Iが進んでいないことから、IIに関しては準備を進めている段階である。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度では、平成28年度で得られた理論研究と作製・従来法で評価を行った結晶性制御サンプルを提案のSEM-EBSD法による評価に適用し、提案法の検証を行うとともに、実デバイスでの評価を進め、新しい評価技術の実証実験を行う予定であったが、研究の進捗がやや遅れていることもあり、まず、平成28年度で目的としていた内容を可及的速やかに完了し、その後、予定していた実際のデバイスにおける電気特性との相関取得を行う。

Causes of Carryover

既に購入したもので充分であったことで当初計画よりも安価で済んだため、次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

前年度に引き続き評価サンプルを作製する実験に使用する他、学外発表・論文投稿のための費用に充てる。