ポリシリコン薄膜の残留応力および機械的特性の評価

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ポリシリコン薄膜は、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)などに幅広く使われているが、その寸法が微小であるためにその機械的特性の評価が極めて困難である。またシリコンウェハにひずみを導入することにより、ウェハに不可避的に侵入する不純物を捕獲(ゲッタリング)することが可能である。本研究では、シリコンが赤外線を透過して赤外線に対して光弾性を有することを利用して赤外線を用いた光弾性試験によりひずみを定量的に評価することを目的とする。1.キャビテーション気泡の崩壊衝撃力によりシリコンウェハ裏面に微小な歪を導入してゲッタリング効果を生じることによりシリコンウェハ表面に形成したデバイスのCV特性を向上させるために,まずキャビテーション条件を最適化し,その条件で機械的特性を評価した。またキャビテーション気泡の崩壊衝撃力によってシリコンとポリシリコン内に有効な残留応力を導入できることを実証した。2.シリコンのサブマイクロ領域用の赤外線光弾性試験装置を構築するとともに,微小なひずみは顕微ラマン分光法によって計測した。3.原子間力顕微鏡を用いた計測により,シリコンウェハ表面の表面粗さは2.3nmであることがわかった。4.透過型電子顕微鏡を用いた観察によりポリシリコン薄膜は下層と上層で異なった微小構造であることを明らかにした。また多結晶シリコン内の微小な双晶と転位を観察した。5.ポリシリコンの生成に分子線エピタキシー法(MBE)を利用した場合と減圧化学気相成長法(LPCVD)を利用した場合では類似した微小構造が得られたが,LPCVDを用いた場合により小さい結晶粒が得られた。