微小界面構造体における潜在欠陥情報の抽出

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K03864
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: 宍戸 信之 近畿大学, 理工学部, 講師 (00570235)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 欠陥 / 破壊確率 / 強度 / 異種材界面 / 信頼性

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、界面強度の局所変動に関して、その支配的な因子である材料組織と強度変動との相関性を実測評価によって明らかにし、界面強度分布を規定する諸量の探索を行う。特に、異なる構造を有する試験体を製作し、その進展抵抗を抽出することを狙う。それと並行して、半導体プロセスによる界面形成が伴う潜在欠陥情報の評価を行い、前述の知見と連携させることで、微小界面構造大規模システムであるエレクトロニクス製品の破壊リスクの定量化を狙う。計画当初はFIB-SEM複合ビーム装置に対応型ナノインデンタを装荷した評価ステーションを用いて、銅単結晶/セラミックスからなる界面構造体での界面結合エネルギーおよび初期き裂寸法の系統的評価をおこなう予定であった。この評価ステーションは、マイクロスケール以下で荷重負荷位置を制御可能である。不安定き裂進展を伴う試験結果は、単結晶構造体と同様のSEMによる観察が困難なほど小さな潜在き裂を起点に破壊したことを示唆した。このとき、観察可能な寸法を有する潜在欠陥を含む試験の実施は、極値統計予測から１００回前後の試行回数を要する可能性を示すことが明らかとなった。この結果を踏まえて、上記評価ステーションによる試験試行回数を低減するため、以下２つの方策を進めた。まず一方では電流誘起マイグレーションにより初期欠陥を成長させることで意図的に任意の欠陥寸法を有する試験体を製作するため、電流負荷モジュールを構築した。他方、これを並行して光学顕微鏡下で同様の試験評価を可能とするため、新たな試験システムの構築も進めた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

不安定き裂進展を伴う試験により単結晶構造体と同様のSEMによる観察が困難なほど小さな潜在き裂を起点に破壊したことを示すデータを得た。一方で、大きく欠陥寸法の異なる試験データの入手のために必要な試行回数は、この結果を踏まえた極値統計予測より多数の試行回数を要する可能性を示したことから、上記評価ステーションによる試験試行回数を低減させる方策を検討することとなった。それに加え、昨今の情勢を踏まえ、外部装置利用ではなくin-houseでの試験実施可能性を模索し、試験評価法の変更など代替案の準備を中心におこなったため、本年度実施予定であった試験評価そのものは次年度に持ち越すこととなり、研究期間を延長することとした。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、昨今の状況を鑑み、外部機関装置の利用を必須とする試験評価・分析の低減を積極的に狙う。また統計解析により試験評価の試行回数を効率的に減らす。また、in houseでの実施も並行して検討するため、前所属研究機関等から移管した装置をベースとしたin-houseでの代替試験システムを構築により同時並行にてデータを取得、集積することとした。

Causes of Carryover

前年度同様に、外部機関装置利用による試験評価実施の大部分が延期・中止となったため、旅費を含めそれに関わる経費が未使用となった。また、in houseでの代替試評価を並行して試みるために本年度はシミュレーションと連携させ、試験システムや試験構造の仕様策定を中心に進め、予算は次年度のプロトタイプ試作等に割り当てることとした。併せて研究者自身が出張して試験評価する機会を極力減らすとともに、研究目標達成のため、標準的な試験体の加工や分析は外部委託として予算を充当する予定である。