最新の透過電子顕微鏡法に関する情報交換、 特に半導体歪デバイスの

Annual Report No.26 2012
最新の透過電子顕微鏡法に関する情報交換、
特に半導体歪デバイスの解析について
1. Microstructure Change of B2 Precipitates in an Fe-Al-Ni Alloy Due to Two-Step Heat-Treatment
2. Microstructure Change of Si0.99C0.01 Thin Films Caused by Arsenic-Ion-, Boron-Ion-,
and Silicon-Ion-Implantation and Successive Rapid Thermal Annealing Treatment,
3. An Exchange of Information About New Transmission Microscopy,
Especially About Applications to Semiconductor Strained Devices.
H23海自44
派遣先（1）2011年先端材料のプロセスと製造に関する国際会議（カナダ・ケベック市）
（2）第7回Siエキタキシーとヘテロ構造に関する国際会議（ベルギ・ルーベン市）
（3）マックマスター大学ブロックハウス材料研究所（カナダ電子顕微鏡センター）
FEI社オランダ工場（カナダ・ハミルトン市およびオランダ・アイントホーフェン市）
期　間 平成23年7月30日～平成23年9月3日（36日間）
申請者 山梨大学　大学院医学工学総合研究部附属クリスタル科学研究センター
准教授　山　中　淳　二
海外における研究活動報告
海外における研究活動状況
1．概要
研究目的
最新の透過電子顕微鏡法（TEM）に関する情
1．幅広い材料を網羅した学会・T H E R M E C
報を得て、半導体歪デバイスや新規耐熱合金の
’
2011の招待講演を行い、材料の組織制御に
開発に関する知見を深めることを目的とし、マッ
関する成果発表をすると同時に、金属・半
クマスター大学ブロックハウス材料研究所滞在
導体材料の組織に与える局所領域の格子歪
を核とし、その前後に国際会議に参加した。
に関する情報交換を行うことを、目的とする。
2．Siデバイスに関連する基礎技術とデバイス
2．マックマスター大学滞在中の活動
応用に特化した学会・ICSI-7で一般講演
Gianluigi Botton教授のグループの協力を得、
を行い、Si-C混晶半導体に関する成果発
現在派遣者が進めている研究に関して、最新
表を行う。
の電子顕微鏡法でどこまで構造解析が可能で
3．最新の透過電子顕微鏡（TEM）法の、材料
あるか、および山梨大学に既設の機器でどこま
研究への実際の活用方法に関する情報を
で解析できるか、について実地で検討を行った。
得る。
まず、半導体歪デバイス中の、歪分布を視
覚的に理解できる新たな手法、STEM−明視
野像を活用した歪分布観察の概要を学んだ。
派遣者とその共同研究者は、実際に歪を応用
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The Murata Science Foundation
した電界効果トランジスター（FET）の研究を
お互いの研究の発展のために、今後も協力関
進めているが、TEMレベルの空間分解能で、
係を維持したいと考えている。
歪分布を実測するには至っていない。この手
法は、今後の我々の研究のためにも、有用な
3．Thermec 2011における招待講演
手法であることがわかった。一方で、この方
構造用材料の分野では、もはや鉄とアルミ
法の観察をするためには、用いる電子線の質
ニウム以外は全て希少元素であると、言われ
が問われ、現状での山梨大学の機器には応用
ている。そこで、派遣者とその共同研究者は、
できないことも明らかとなった。山梨大学の
現在広く用いられているNi基耐熱合金に代わ
長期的機器更新計画の参考としたい。また、
る次世代の耐熱合金として、鉄基金属間化合
近い将来に成果を得るという観点では、今後
物を含む合金系に着目している。
もマックマスター大学と協調関係を継続し、
今回の発表では、Fe-Al-Ni系合金中の、不
必要に応じて共同研究を考えたい。
規則A2相／規則B2相組織について報告を行っ
次に、半導体／金属転移を起こす酸化物の、
た。特に、三次元的な内部組織変化を、工夫
状態分析について、データを得た。Gianluigi
した電気化学的エッチング後の走査電子顕微
Botton教授のグループが十分な経験のあるTi
鏡（SEM）観察と、集束イオンビーム加工装
とその酸化物からなる系については、電子単色
置（FIB）によるスライス後の高分解能二次電
化装置、集束レンズの収差補正装置、高エネ
子像観察で、明らかにした。これらの手法は、
ルギー分解能電子エネルギー損失分光分析装
最新の装置（例：TEMトモブラフィーやFIB/
置（EELS）を兼ね備えたTEMを用いて、大変
FE-SEM複合装置）を使用しなくとも、一定の
有用なデータを得ることができた。派遣者と
三次元形状を明らかできることを示したもの
その共同研究者が作製した試料中に、金属Ti、
である。
TiO, TiO 2 が共存していることを、実験的に証
また、他の発表者による講演から、Ni基耐
明できた。この結果については、データ数を
熱合金の分野においても鉄基金属間化合物の
増やして、今後成果発表したいと考えている。
分野においても、相分離と歪の関係性は、依
一方、合金系によっては、これらの装置を利
然、重要な課題であることを認識した。
用しても、十分な状態分析ができないことも、
確かめられた。そういった合金系に対しては、
4．ICSI7における一般講演
EELS以外の手法でのアプローチが必要である。
Si-C系混晶半導体薄膜を用いた歪ヘテロデ
例えば、マックマスター大学でも保有してい
バイスは、Si-Ge系混晶半導体薄膜を用いた歪
ないが山梨大学で新規に整備した、超高感度
ヘテロデバイスと同様、次世代高速FETとして、
エネルギー分散型X線分析装置（EDX）を備え
注目されている。しかし、Si-C系では固溶体は
たTEMで、局所領域の半定量分析を進めると
熱力学的安定相ではなく、デバイス化工程で
いったアプローチが必要であると考えられる。
の種々の熱処理の影響が、問題点である。
以上のように、今回の滞在中の実験により、
今回の発表では、ドーパントをイオン注入
マックマスター大学の最新機器の威力を知る
した S i - C の結晶化条件を明らかにし、発表
とともに、研究対象によってはむしろ山梨大
した。ただし、ドーパントをイオン注入した
学の最新機器が優れていることも認識できた。
Si-Cは、その結晶化過程で欠陥が導入される
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Annual Report No.26 2012
この派遣の研究成果等を発表した
こと、ドーパントではなく化学的効果の少な
いSi+イオンを注入した場合でも同様の結果
であることを、示した。このように、現状で
著書、論文、報告書の書名・講演題目
1） Microstructure Change of B2 Precipitates in an
Fe-Al-Ni Alloy Due to Two-Step Heat-Treatment,
は高濃度ドープしたSi-C相をチャネルとして
Junji Yamanaka 1, a, Chiaya Yamamoto 2, b,
利用することは困難だが、ソース・ドレイン
Ya s u h i r o K u n o 3 , M i n o r u D o i T H E R M E C
’
2011, International Conference on PROCESSING
としては、応用が可能であることを示した。
& M A N U FA C T U R I N G O F A D VA N C E D
MATERIALS, August 1-5, 2011, Convention Center
5．まとめ
– Quebec City, Canada
以上のように、今回の渡航によって、電子
2） Microstructure Change of Si 0.99 C 0.01 Thin Films
単色化装置、集束レンズの収差補正装置、高
Caused by Arsenic-Ion-, Boron-Ion-, and Silicon-
エネルギー分解能電子エネルギー損失分光分
析装置（EELS）を兼ね備えたTEMの能力を実
地で調査し、また、金属材料分野・半導体分
野の研究者達から、材料の組織制御に関する
最新情報を得ることができた。
Ion-Implantation and Successive Rapid Thermal
Annealing Treatment, Shigenori Inoue 1, Keisuke
Arimoto1, *Junji Yamanaka1, Kiyokazu Nakagawa1,
Kentarou Sawano 2, Yasuhiro Shiraki 2, Atsushi
Moriya 3, Yasuhiro Inokuchi 3 and Yasuo Kunii,
7th International Conference on Si Epitaxy and
Heterostructures（ICSI-7）, Leuven, Belgium,
August 28-Sept 1st 2011.
6．謝辞
今回の渡航を援助下さいました、村田学術
振興財団に、心より謝意を表します。
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