【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.12】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23OS0013

利用課題名 / Title

化合物半導体デバイスの分析

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope,質量分析/ Mass spectrometry,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,原子薄膜/ Atomic thin film

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

門岩 薫

所属名 / Affiliation

三菱電機㈱

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

門岩　薫,日坂　隆行,佐々木　肇

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

市川　聡　特任教授

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-001：3MV超高圧電子顕微鏡
OS-003：200kV原子分解能走査透過分析電子顕微鏡
OS-005：複合ビーム３次元加工・観察装置
OS-008：電界放出型200kV高分解能電子顕微鏡
OS-009：200kV回折コントラスト電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

GaAs基板を用いるデバイスに裏面電極を形成する際、カバレッジが良く付着力が強いNi-P膜を下地に用いる事で裏面電極厚みの均一化が期待される。しかし、裏面電極形成後に熱処理を行うと下地のNi-P膜がGaAs基板と反応し、Ni-GaAs結晶層を形成した結果、増大したストレスにより基板が反り、最終段階でのテストやウエハのハンドリングが困難になる問題がある。 今回、このストレスの発生原因を調査するために、熱処理の前後でそれぞれの膜もしくは結晶層がどの様な状態か断面TEM/STEM観察を行い、各層のTEM像、回折像及び原子分解能STEM像を比較した。

実験 / Experimental

実験にはGaAs基板上にNi-P膜を形成したウエハ片に対して熱処理の有無で2種類の状態で取出し、FIB加工によって(110)面を断面とする厚さ200nmの試料を作製して観察に用いた。また、より詳細な観察を行うため、上記とは別に厚みが5～20nm程度のクサビ形試料片をFIB加工によって作成し、原子分解能STEM像観察に用いた。 電子顕微鏡の加速電圧は200kV、GaAsの(110)面に垂直方向に電子線を入射し、[110]晶帯軸における回折条件でTEM観察及び原子分解能STEM観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

TEM像及び回折像寄り、熱処理前のNi-P膜は回折パターンがアモルファスを示すぼやけた円状の像と、外側に6個の途切れたパターンが見られ、6個の途切れたパターンは、単結晶に近いが完全な単結晶ではなく方向がわずかにずれた集合組織(モザイク結晶)状態と考えられる。(図1. (a))一方、熱処理後はNi-P膜は特定のスポットを持つ多結晶に変化している。また、Ni-P膜とGaAs層の間に形成されたNi-GaAs層は明確な繰り返しパターンを持っており、縦方向の結晶面に、双晶、面欠陥が生じていると考えられる。(図1. (b))このことから、Ni-P層はアモルファスから多結晶に変化した結果、結晶性変化によってストレスが増加したと考えられる。 クサビ形にFIB加工した試料の原子分解能STEM観察像より、GaAsの(001)面の格子間隔で見ると、垂線がNi-GaAs層のC軸[0001]方向の原子間隔と一致しており、この方位では格子整合している様に見える(図2)。一方、Ni-GaAs層はGaAs層の(111)面をC面(0001)とする方位で並んだエピタキシャル成長層と見なすことが出来るが、詳細に角度を精査すると、両者には1°程度のズレがあり、完全に一致していない。この両者の結晶軸のズレがGaAs層とNi-GaAs層の間に生じる内部応力の原因であると推察できる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. 熱処理前後のTEM断面像と回折像

図2. GaAs[110]方位の原子分解能STEM像

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究にあたり、ご指導・ご支援頂きました大阪大学超高圧電子顕微鏡センター市川特任教授に感謝致します。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件