電子分光電子顕微鏡法によるSi中の酸素析出物の微細構造評価

昨年度はsiウエハー中に1000℃で形成される板状酸素析出物SiO_2が非晶質ではなく、α-クリストバライト型結晶であることを明らかにした。この析出物はSiデバイスプロセス中の不純物ゲッタリングシンクとして導入されたものである。ゲッタリング機構を解明するために、今年度はその板状酸素析出物周辺の格子歪みを最新鋭の電子分光型電子顕微鏡を使って調べた。局所的歪みを定量的に評価するために、収束電子回折(CBED)の高次ラウエゾーン(HOLZ)線を利用した。新しい電子顕微鏡は電界放射電子銃を備えているので輝度が高く、照射プロープを従来より一桁細く絞ってもHOLZ線を観察できる。さらに、Ω型エネルギー分光装置を内蔵しているので電子の非弾性散乱成分を除去できる。そうするとバックグランド強度が低下し、従来に比べて厚い試料からでも明瞭なHOLZ線が得られる。また、記録装置としてイメージングプレートやスロースキャンCCDを使うと微弱な回折強度も記録できる。以上の結果、厚さ450nmのSiに直径1〜2nmのプローブを照射しても格子定数を測定できるような明瞭なHOLZ線を観察することができた。Si母相の(001)面に平行な板状酸素析出物の周辺で[510]晶帯軸入射CBEDパターンを観察した結果、板面に垂直方向にはSi格子が圧縮応力を受け正方晶に歪んでいること、板面から垂直方向に0.2μm離れた所ではC軸長が約0.5%収縮していること、0.1μm離れた所では歪み0.01%以下であることがわかった。回折線の分裂から見積もった最大格子湾曲は約5度であった。

昨年度はsiウエハー中に1000℃で形成される板状酸素析出物SiO_2が非晶質ではなく、α-クリストバライト型結晶であることを明らかにした。この析出物はSiデバイスプロセス中の不純物ゲッタリングシンクとして導入されたものである。ゲッタリング機構を解明するために、今年度はその板状酸素析出物周辺の格子歪みを最新鋭の電子分光型電子顕微鏡を使って調べた。局所的歪みを定量的に評価するために、収束電子回折(CBED)の高次ラウエゾーン(HOLZ)線を利用した。新しい電子顕微鏡は電界放射電子銃を備えているので輝度が高く、照射プロープを従来より一桁細く絞ってもHOLZ線を観察できる。さらに、Ω型エネルギー分光装置を内蔵しているので電子の非弾性散乱成分を除去できる。そうするとバックグランド強度が低下し、従来に比べて厚い試料からでも明瞭なHOLZ線が得られる。また、記録装置としてイメージングプレートやスロースキャンCCDを使うと微弱な回折強度も記録できる。以上の結果、厚さ450nmのSiに直径1〜2nmのプローブを照射しても格子定数を測定できるような明瞭なHOLZ線を観察することができた。Si母相の(001)面に平行な板状酸素析出物の周辺で[510]晶帯軸入射CBEDパターンを観察した結果、板面に垂直方向にはSi格子が圧縮応力を受け正方晶に歪んでいること、板面から垂直方向に0.2μm離れた所ではC軸長が約0.5%収縮していること、0.1μm離れた所では歪み0.01%以下であることがわかった。回折線の分裂から見積もった最大格子湾曲は約5度であった。