急冷凍結法と低温超音波計測を用いたシリコン結晶の原子空孔形成エネルギー決定の研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26390055
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 金田 寛 九州工業大学, 大学院工学研究院, 特任教授 (30418131)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: シリコン / 原子空孔 / 形成エネルギー

Outline of Annual Research Achievements

高温熱処置によってシリコンウェーハ中に発生させた熱平衡状態にある単原子空孔を急冷凍結させる。RTO熱処理(Rapid thermal oxidation:ウェーハに対する熱処理の一種)によって種々の熱処理温度について急冷凍結ウェーハを準備する。それらのRTO処理ウェーハに対して低温超音波計測の手法を適用して、単原子空孔に起因する低温弾性ソフトを観測する。観測されたソフト化の大きさから、それに比例する量として単原子空孔濃度を求める。この単原子空孔濃度と熱処理温度との間のアレニウスプロットから、単原子空孔の形成エネルギーを求める。
この研究では、まず高温RTP処理の後に急冷してウェーハに観測可能な濃度の単原子空孔が凍結されていることを確認することが、第一の課題である。前年度は、1350℃処理後に120℃/s の速度で急冷したウェーハには、これまで種々のウェーハで観測された原子空孔濃度よりも格段に高い空孔が凍結されていることが分かった。
本年度は、1350℃処理の場合の結果と比較するために、1250℃処理のウェーハについて低温超音波計測を実施し、求めた原子空孔濃度が1350℃処理の場合の濃度に比べて 1/2-1/3 程度に小さいことが確認された。この結果は、定性的には、理論と一致した結果であり、高い温度の方が、高濃度の熱平衡原子空孔が発生していることを示す。
しかし、実験はまだ、これら二種類の温度について行われたのみで、再現性確認の意味も含めた追試実験が必要である。そこで、最初の1350℃処理の場合の測定を行った試料のすぐ隣から採取された試料についても、同程度に高い濃度の凍結原子空孔が存在することを確認する必要がある。この確認実験（追試）を行う直前の段階で、新潟大学の低温超音波計測実験システムが故障し、修理に時間を要することとなった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度が研究期間の最終年度であり、主たる実験結果が取得でき、目的として設定された課題の８０％程度はクリアされる予定であった。しかし、本研究の主たる実験計測装置である新潟大学の低温超音波計測装置に故障が発生し、安定した温度制御のもとで低温超音波測定が実施できなくなった。この故障を修復し、安定した測定を行えるようにするまでに予想外に長い時間を要した。
このため、28年度に計画していた追試実験が年度内に実施することができなくなり、研究期間の延長を申請し、承認された。

Strategy for Future Research Activity

27年度後半から発生していた新潟大学の低温超音波実験装置の故障はほぼ修復され、実験が実施できる状況になった。4月から再び、追試実験を開始する。最初に、1350℃処理の場合に観測された低温弾性ソフト化と原子空孔濃度が、他の同条件処理ウェーハに対しても観測（計測）されることを実証（確認）する。

Causes of Carryover

28年度に実施予定であった低温超音波計測実験が、装置故障のため実施できなくなり、それに必要な寒剤使用料や実験実施のための旅費などに関する予算が未消化となり、次年度における実施のために予算残の繰り越しが必要となった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

使用装置の故障修理のために28年度中（最終年度中）に実施できなくなった再現性確認実験で必要となる寒剤の使用料や、実験実施に必要となる旅費等に充当する。