半導体産業におけるﾗﾏﾝｽﾍﾟｸﾄﾙの応用/ Raman Spectroscopy in Semiconductor Industry

ﾗﾏﾝｽﾍﾟｸﾄﾙは何に使用できますか?

ﾄﾗﾝｼﾞｽﾀ､太陽電池､発光ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ､その他の半導体ﾃﾞﾊﾞｲｽに使用される半導体材料の分析には､ﾗﾏﾝ分光法が最適です｡この方法は､結晶品質､微細構造､変形､合金組成､自由電荷ｷｬﾘｱ密度に敏感な半導体の振動および電子特性に関する情報を提供します｡これは､要求の厳しい半導体ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝでよく機能し､Si､SiGe､InGaAs､GaAs､GaN､ｸﾞﾗﾌｪﾝ等素材の均一性の説明､正確で明確なﾗﾏﾝﾊﾞﾝﾄﾞの表示に適した強力な分析方法です｡

基本的に､ﾗﾏﾝ散乱は､材料(固体､液体､または気体)の原子振動によって入射した単色光粒子の非弾性分散を調べます｡結晶材料中の原子の運動は量子化され(ﾌｫﾉﾝという)､異物や応力等の内外部の混乱に非常に敏感です｡散乱光(出射光子)の周波数は､環境が乱されているかどうかの近接指標として機能します｡

ﾏｲｸﾛﾗﾏﾝｽﾍﾟｸﾄﾙは､現代のｸﾘｰﾝﾙｰﾑ施設の産業ﾚﾍﾞﾙで非常に魅力的な特性評価ﾂｰﾙに進化しました(他の多くの光学的方法と同様に)｡これは､その摩擦と損傷をつけない特性の結果です｡特定の半導体またはﾃﾞﾊﾞｲｽの複雑な構成を調査する機能は､異なるﾚｰｻﾞｰ波長を使用して可能です｡

ﾗﾏﾝの画像

最近､ﾗﾏﾝﾏｯﾋﾟﾝｸﾞｼｽﾃﾑは､CCD検出器を使用してﾃﾞｰﾀを迅速に収集するﾗﾏﾝｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞｼｽﾃﾑに変換されています｡

III-Vのｽﾘｯﾄの狭い半導体､Ge､Si､ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞ等のIV-IV族半導体､SiCやAlGaN等のｽﾘｯﾄの広い半導体､その他の半導体の物性の空間形態をﾗﾏﾝｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞ(ﾏｯﾋﾟﾝｸﾞ)により調べられました｡

結晶成長ﾌﾟﾛｾｽの特徴

結晶成長等の運動仕組みは､ﾗﾏﾝ画像によって明らかにされています｡絶縁体の上でｱﾆｰﾙされた薄いSi膜(TSF)は､このｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ(SOI)の良い例を提供します｡Si膜は､ｼﾗﾝ(SiH4)およびｼﾞｼﾗﾝ(Si2H6)ｶﾞｽ源を用いた低圧化学気相成長によって形成された後､600°C 5時間でｱﾆｰﾙされます｡ﾗｲﾝ照明とｻﾝﾌﾟﾙ位相変換を使用して､偏光ﾗﾏﾝﾊﾞﾝﾄﾞの強度画像がこれらのﾌｨﾙﾑで測定されます｡うねりは､膜の粒子がそれらの粒子境界で絡み合っており､異なる結晶方向を有するという事実のために起こり得る｡一方､液相で生成したSi膜の強度ﾊﾟﾀｰﾝは､粒子境界に急激な変化を示します｡

ﾏｲｸﾛﾊﾟｲﾌﾟ周辺の応力分布と電荷ｷｬﾘｱ密度

半導体の構造的および電気的特性は､欠陥の影響を強く受けます｡ﾗﾏﾝ分光法は､これらの特性の影響を受けやすいため､欠陥の検出に使用できます｡予測ﾏｲｸﾛﾗﾏﾝ画像は､中空の種類と場所に関する新しい洞察を提供します｡ﾗﾏﾝｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞは､これまでｲｵﾝ注入半導体の成長関連のｴﾗｰや損傷の数を評価するために使用されてきました｡

SiC結晶は通常､0001方向に拡大する異常である小さなﾁｭｰﾌﾞを持っています｡SiCﾃﾞﾊﾞｲｽの効率には､このﾀｲﾌﾟの欠陥があることが知られています｡偏光光学顕微鏡とﾗﾏﾝ顕微鏡を使用して､ﾏｲｸﾛﾊﾟｲﾌﾟの近傍の応力を検出しました｡ｻﾝﾌﾟﾙを0.5mﾗｲﾝより下に徐々に増やしていくことで､2次元ﾗﾏﾝ画像が作成されます｡各ｽﾍﾟｸﾄﾙの最大位置は､ﾕﾆｰｸなﾛｰﾚﾝﾂ曲線の形状を細心の注意を払って一致させた後に正確に特定されます｡

ﾀﾞｲｵｰﾄﾞと不純物のｻﾝﾌﾟﾙ

p-n接合ﾃﾞﾊﾞｲｽでは､材料が構造の外側に形成され､不純物の多い半導体では殆どなく､自由電荷ｷｬﾘｱの濃度が不均一に分布されます｡LOPCﾓｰﾄﾞの線形研究は､自由電荷ｷｬﾘｱの密度を計算するために使用することができる｡ﾏｲｸﾛﾗﾏﾝ画像を用いて､GaPﾀﾞｲｵｰﾄﾞのp-n接合における電荷ｷｬﾘｱ濃度および移動を測定しました｡

面(0001)のあるｻﾝﾌﾟﾙは､改変Lely技術を用いて方向(11 00)に培養された4H-SiCｲﾝｺﾞｯﾄから採取されました｡N2ｶﾞｽ源を数回ｵﾝ･ｵﾌして不純物を形成し､不純物含有量を有蓋車と同じ分布にします｡ﾗｲﾝ光は､周囲温度でのLOPCﾓｰﾄﾞの一方向ﾗﾏﾝ画像を作成するために使用されます｡