| 研究課題/領域番号 |
25249036
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
鹿田 真一 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 総括研究主幹 (00415689)
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| 研究分担者 |
峠 睦 熊本大学, 学内共同利用施設等, 教授 (00107731)
茶谷原 昭義 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 上席主任研究員 (10357501)
杢野 由明 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 上席主任研究員 (60358166)
梅沢 仁 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 主任研究員 (80329135)
加藤 有香子 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 主任研究員 (90509837)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2016-03-31
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| キーワード | ダイヤモンド / パワーデバイス / 省エネルギー |
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| 研究概要 |
①結晶評価手法確立に関して、計画していた解析手法を全てトライし、2次元分布として計測するには、Ｘ線トポ及びカソードルミがダイヤに適していることがわかった。欠陥のデバイスへの影響を縦型ダイオードを用いて検討し、1kV以上の耐電圧デバイスには45°複合欠陥はデバイスに致命的なキラー欠陥である事を、今回初実証することができた。現段階で最重要な種結晶欠陥評価については、X線トポ評価により判別することが可能になった。②低欠陥種結晶に関して、欠陥の少ない部分を切り出して、それを種として成長した種結晶の評価を行った。反射X線トポ計測手法を改善し、結晶の深い部分と表面に伝搬してきている欠陥の評価を行えるようになり、その結果種結晶欠陥評価を可能にし、選別することが可能になった。数個の種結晶の評価により、同一のHPHT結晶成長条件でも、欠陥の数量、分布に差があることも判明した。③低欠陥のための研磨に関して、ウェハを低欠陥で超精密研磨でき、」かつ研磨域の酸素濃度を高めた縦型UVアシスト研磨装置を製作し、UVアシスト研磨を行った結果、目標値である0.2RMSをほぼ満足できる良好な研磨面（0.237nmRMS）が20mm角のモザイクウェハ全面で獲得できた。X線トポの観察結果より、UVアシスト研磨による新たな欠陥（転位）の導入がないことを確認した。④低欠陥成長に関して、低欠陥化のためガス中窒素濃度を極微量の範囲で制御して成長できるようにし最適化した結果、低歪自立基板を作製することができた。またウェハのコピー技術において、種基板へのイオン注入前に基板表面の最終処理を行うこととし、精密研磨（Ra < 1 nm）と10μm程度の深いイオンビームエッチングを組み合わせて行うことにより、損傷を十分低減できることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
２５年度の研究計画として、①結晶評価手法確立 では、結晶評価手法比較検討 ②低欠陥種結晶 では、２回HPHT合成結晶の欠陥分布評価 ③低欠陥のための研磨 としてはUVアシスト研磨、イオンビームエッチングのプロセス検討 ④低欠陥成長 については欠陥引き継ぎ、プラズマの影響などの調査を目的として、研究を実施した。 ①については、計画していた解析技術全ての他に、蛍光によるマッピング手法についてもおこなった。現段階ではフォトルミネッセンス等より、蛍光による手法のほうが、概要を素早く検知可能な手段として有効であることがわかるなど、計画にない手法を先に取り入れるなど、達成度を上回る部分も実施できた。
②について、大型のHPHT 合成装置を有する住友電気工業㈱と連携（外注）を行い、高圧高温（HPHT）合成の種結晶の欠陥を実施するとともに、その情報を元に欠陥の少ない部分を切り出し、それを核にして結晶成長を３回行うことができた。合成毎の欠陥の比較検討を行うことができるようになっており、計画通りの進捗を確保できている。③について、20mm角ウェハの全面研磨をUVアシスト研磨により0.2nmRMSの仕上げ面粗さで達成でき、研磨による新たな欠陥の導入がないことも確認でき、当初の目標は達成できた。④について、表面処理（研磨法、プラズマエッチング等）に関して、研磨損傷層の深さを変えてイオンビームによるドライエッチングを行うことにより、機械研磨による損傷層の深さが概ね10μm程度にも及ぶことがわかりつつある。成長条件の最適化として極微量窒素添加による異常核抑制の検討を進め、上記記載の低歪自立基板作製と成長前の損傷低減に目途をつけており、計画より前倒しの進捗で達成している。以上、全般として計画より早い達成度で研究進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
①の評価手法としてＸ線トポ及びカソードルミがダイヤモンドに適していることと、蛍光によるマッピング手法も簡易で有効なことがわかったので、これらを主に用いて、発光及び非発光欠陥の分類、欠陥の同定、欠陥数の定量化を目指す。当初計画にはないが、欠陥の定量評価において、通常の半導体材料に行うウェットエッチングによるエッチピットによる定量化について、この代わりにドライエッチングの適応が可能か否か、トライアル実験を行う。②の低欠陥種結晶について、①および③の開発と併せて、得られた種結晶の表面状態をよくすることも含めて行い、欠陥の定量評価を可能にする。欠陥数として、現在105～106cm-2オーダーのある種結晶欠陥を、2～3桁低減し、5000cm-2をはるかに下回るように低減する。③低欠陥のための研磨 について、3、4インチのウェハでも対応可能な全面均一研磨に対応すべく、平成25年度の本経費で導入したマシニングセンターを用い、石英棒や小径石英板をウェハ上で高速ラスタースキャンさせるUVアシスト高速局部研磨技術を開発する。多くの研磨条件のもとで、到達仕上げ面粗さおよび平面度、研磨後のウェハの反り、モザイクウェハ接合面の段差などについて詳細に調べる。④低欠陥成長については、H25の結果を踏まえ、イオン注入前の基板表面処理の最適化を行う。平滑かつ無損傷表面を形成することを目指し、ドライエッチングに伴う表面荒れの抑制やファイン研磨の適用などの検討を行う。また、イオン注入層より表面側の薄い単結晶層に着目し、ダイレクトウェハ化の過程で入るピンホールなどの欠陥評価、およびその低減方法について検討を行う。これらと平行して、ダイレクトウェハ化法により低欠陥種基板の子基板を試作し、X線トポや複屈折イメージングなどにより結晶性や歪を評価する。この評価結果を基板表面処理あるいは結晶成長条件にフィードバックし、総合的にそれらの最適化を図る。
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