半導体デバイス研究室 徳田豊
半導体デバイス研究室では、以下のテーマの研究を行っています。
１）結晶材料の評価と成長法に関する研究
２）イオン注入のプロセス評価に関する研究
３）水素イオン注入シリコンに関する研究
４）シリコンへの水素導入の開発とプロセス評価への応用
５）化合物半導体のデバイスプロセス誘起効果に関する研究
６）半導体微量欠陥の検出法の開発
７）非接触法による半導体表面評価法の開発
１）のテーマは、バルク成長ＧａＡｓ、MBＥ・ＭＯＣＶＤ成長などによるエピ成長薄膜ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅの欠陥評価を行うことです。この測定には、さらに独自な方法を適用した好感度のＤＬＴＳ法という手法が用いられています。結晶評価と、この結果に基づく結晶性長法の開発の繰り返しにより、より完全性の高い結晶の育成を目指しています。
２）のテーマでは、ｐｎ接合の形成の一手段であるイオン注入法を取り扱います。このとき、注入不純物が置換位置に入れること、注入原子により乱された結晶性を回復させることがイオン注入プロセスに含まれます。そのために熱処理が行われますが、その間に打ち込まれた不純物が拡散し、設計よりも深い位置に接合が形成されるという問題があります。別イオン注入による結晶化、低温でのイオン注入の2点から、極浅ｐｎ接合の形成およびそのメカニズムの解明を試みています。
３）のテーマでの水素イオン注入は、ダイオードのスイッチング特性の向上やＣＭＯＳのラッチアップ対策に有効です。また、イオン注入量が多くなると、注入領域がもろくなることを用いたシリコンの微細加工技術としても注目されています。注入導入欠陥と水素の役割と考えられていますが、さらに検討が必要です。また、光照射や電流通電により結晶性が変わることが、当研究室により明らかにされてきていますが、その原因については不明のままです。一方、注入温度の影響についても、興味を持って検討を進めています。
４）のテーマでは、好感度の欠陥検出法であるＤＬＴＳ法を低抵抗率試料に適用する方法を検討しています。ＤＬＴＳ法は、しばしば金属を半導体面に蒸着して形成されるショットキダイオードに対して適用されます。しかしながら半導体側のキャリア濃度が高いと良好なダイオード特性が得られないという問題があり、ＤＬＴＳ法の適用できる半導体に制約ができてしまいます。そこで、水素によるアクセプタ、ドナーの不活性化を利用してダイオードを作成するという考えを提案しました。水素の効率の良い導入法の開発を行っています。高いキャリア濃度のｐ形シリコン（ｐ＋）は、ＤＲＡＭに使用される重要な基板となりますが、高キャリア濃度のためｐ＋シリコンの結晶性については不明な点がたくさんありました。水素添加により、ダイオードの作成に成功してＤＬＴＳ測定が可能となり、少しずつｐ＋シリコンの結晶性の知見が得られてきています。尚一層の効率の良い大量水素導入法の開発と、重金属に対するｐ＋シリコンのゲッタリング機構の解明を目指しています。
５）のテーマは、ドライエッチングプロセス誘起損傷を取り扱います。ドライエッグのようなプラズマを利用するプロセスでは、使用元素の混入とプラズマ損傷について把握しておく必要があります。また、それらの電気的特性への影響も調べなければなりません。プラズマ照射したＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓにおける欠陥導入の様子やキャリア濃度への影響を調べています。特にデバイス作成に好都合な半絶縁性ＧａＡｓ基板作成を可能としている、ＥＬ２と呼ばれる欠陥に対する効果に注目して研究を行っています。
６）、７）のテーマの目的は、簡便な半導体評価技術の開発を行うことにあります。ＤＬＴＳ法を微量欠陥評価法として用いていますが、さらにソフトの開発により、パーソナルコンピュータを用いた測定系の自動化を目指しています。完全自動化により、測定時間を気にしない測定が可能となり、高感度化が期待できます。また、ラプラス変換の応用により、データ解析が容易となるので、そのソフト開発もおこないつつあります。一方、非接触法の開発では、半導体によるマイクロ波の反射を利用した方法の開発をおこなう予定です。光パルスによる半導体の導電率変調を、マイクロ波をプローブとして検出するものです。シリコン、ＧａＡｓ表面状態の評価法として有効であり、表面処理による表面状態変化の研究に用いたいと考えています。ＤＬＴＳ法は、従来の方法では極表面の評価が行うことができません。その制約に打ち勝つ方法を考えています。そのＤＬＴＳ法とマイクロ波を用いる表面評価法により、半導体表面の知見を得ることを目指しています。
研究室風景
輪講風景 ESCA/AES/SIMS複合表面分析装置
ハンダ付け作業 DLTS測定装置
試料作成 蒸着装置