三次元赤外光弾性CT法を用いた大口径半導体結晶塊中の残留歪みの非破壊評価

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555004
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 山田 正良 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (70029320)
• 研究分担者: 龍見 雅美 住友電気工業株式会社, 伊丹研究所, 所長 ; 福澤 理行 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助手 (60293990)
• キーワード: 半導体 / 赤外光弾性 / 非破壊評価 / 残留歪み

研究概要

昨年度の三次元赤外光弾性CT装置の試作結果により本研究が目的としている三次元赤外光弾性測定ができる目処をつけたが、本年度は大口径半導体結晶インゴットにも対応できるように、インゴットを大型の回転ステージに載せ、測定光学系すなわち回転偏光子付レーザー光源ならびに回転検光子付赤外光検出器を上下に同期移動させる構造の実用的な三次元赤外光弾性CT装置の開発を行い、以下の研究成果を得た。
1.フローティングゾーン(FZ)法にて無転位結晶が得られるSi単結晶インゴットについて三次元赤外光弾性測定を行った結果、古典光学では複屈折を示さない立方晶系結晶であるSi単結晶においてローレンツが予測した光の伝播に伴う局所電場により誘起される光学異方性Δnが微小ながら測定波長λ=1.5μmで3.2×10^<-6>程度存在することを明らかにした。また、点欠陥に伴う微小な歪みによる複屈折も高感度に測定できることを示した。なお、実験に用いたFZ-Si単結晶インゴットはas-grown結晶インゴットのままであり、何らの表面処理も行わずに測定が可能であった。この点は実用上の観点から極めて重要な結果である。
2.化合物半導体結晶の代表格であるGaAs単結晶インゴットについて、三次元赤外光弾性測定を行った。実験で用いた試料は、従来から用いられてきた標準的な液体封止チョコラルスキー(LEC)法と最近開発が進んでいる垂直低温度勾配凝固(VGF)法である。VGF法で成長したGaAs単結晶インゴットの三次元残留歪みは極めて小さく、FZ-Si単結晶インゴットで得られた結果と同様なものであったが、LEC法で成長したGaAs単結晶インゴットで測定した結果は成長条件によって異なるものであり、かなり大きな残留歪みを示すことが明らかになった。GaAs単結晶の場合、Si単結晶インゴットのように表面状態は良好ではないので、as-grown結晶のままの状態での測定は困難であった。しかし、通常ウエハ製造プロセスの途中であるの円筒研削後の結晶インゴットのままで、表面が鏡面状態でなくても測定が可能であった。
以上の結果から、三次元赤外光弾性評価は、半導体結晶をウェハ状態にせずにインゴットのままの状態で残留歪みを評価できる有効な非破壊評価であることが示せた。

研究成果

• [文献書誌] T.Chu, M.Yamada, J.Donecker, M.Rossberg, V.Alex, H.Riemann: "Optical anisotropy and strain-induced birefringence in dislocation-free silicon single crystals"Materials Science & Engineering. B91-92. 174-177 (2002)
• [文献書誌] M.Yamada, T.Chu: "Pseudo-three-dimensional photoelastic characterization of LEC-GaAs single crystal ingot"Institute of Physics Conference Series. No.170. 681-686 (2002)
• [文献書誌] T.Chu, M.Yamada, J.Donecker, M.Rossberg, V.Alex, H.Riemann: "Optical anisotropy in dislocation-free silicon single crystals"Microelectronic Engineering. (In press). (2003)
• [文献書誌] M.Yamada, T.Chu: "Inspection of residual strain in GaAs single crystal as standard ingot form"XIIth Semiconducting and Insulating Materials Conference (SIMC-XII-2002) IEEE EDS Conference Proceedings. (In press). (2003)
• [文献書誌] T.Chu, M.Yamada, J.Donecker, M.Rossberg, V.Alex, H.Riemann: "Optical anisotropy in dislocation-free silicon single crystals"Proceeding of 8th IUMRS International Conference on Electronic Materials. 486 (2002)
• [文献書誌] M.Yamada, T.Chu: "Inspection of residual strain in GaAs single crystal as standard ingot form"XIIth Semiconducting and Insulating Materials Conference (SIMC-XII-2002) Programme & Abstracts. 16 (2002)
• [文献書誌] 儲 涛, 山田正良: "GaAs結晶インゴット内部歪みの光弾性評価"第63回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. No.1. 245 (2002)
• [文献書誌] 儲涛, 頭井直樹, 山田正良: "CZ-Si結晶インゴット内部歪みの非破壊評価"第50回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. No.1(In press). (2003)