シリコン結晶研究のルネサンス
窒素
初めに
ITやパワーデバイスの基板となるシリコン結晶の大直径化とともに窒素ドープによるgrown-in欠陥の制御技術は必須となってきた。
赤外吸収による局在振動を利用した、実験と理論研究の協力により、多くの構造を発見または同定している
またデバイスと得くデイの劣化との関係を検討している。
これまでに応用物理学会で講演してきたことを中心にまとめる
Japan. J. Appl. Phys.にopen accessで掲載予定
基本構造、格子間窒素対
初めに
シリコン結晶中の窒素の代表的な構造はSi-N-Si-N正方形である格子間窒素対NNであることが、赤外吸収を含む実験と理論の協力により明らかとなった。
その後CZ結晶では、as-grownならびに熱処理で、一部が、酸素が付く(NN)O. O(NN)O構造になることが明らかとされた。
応用物理学会予稿集
Japan. J. Appl. Phys.にopen accessで掲載予定
置換型窒素, Ns
初めに
シリコン結晶中の窒素で最初に見つかったのは置換型窒素である。
イオン注入試料で、EPRや赤外吸収により同定された。
しかし注入したNの内、Nsはレーザーアニール後でも10％であった。
as-grown結晶には殆ど含まれない。電気的に不活性な理由である。
点欠陥・窒素複合体, VNN, VVNN, VNs
初めに
空孔型欠陥の発見と、窒素ドープによる格子間型と空孔型の二次欠陥の制御を受けて、点欠陥・窒素複合体の理論研究が行われ、VNN,VVNNが予想された。
実験的には電子線照射により空孔増強試料の赤外吸収測定と理論予測により、それらとVNsが発見同定された。
パワーデバイス用FZ結晶のライフタイムの低下が報告され、VNsにより説明された。
応用物理学会予稿集
Japan. J. Appl. Phys.にopen accessで掲載予定
as-grown結晶中の窒素, NN, Ni, VVNNなど
初めに
as-grown結晶中の窒素の大部分は長い間格子間窒素対だけと考えられてきたが、NiとVVNNが大量に含まれることを赤外吸収により明らかにした。
シャローサーマルドナーを含めて、全濃度を求める方法を導いた。
応用物理学会予稿集
Japan. J. Appl. Phys.にopen accessで掲載予定
23S
High sensitivity infrared absorption spectroscopy and infrared defect dynamics of silicon crystal
(22) Standard measurement procedure of N-complexes
(α766 + α801 + α810 + α551 + α688 + α973 + α855) x k
23A
High sensitivity infrared absorption spectroscopy and infrared defect dynamics of silicon crystal,
2 nd generation (22) Dipole moment of N-complexes
Tab. I The development of IR analyses.
Item 1-st generation 2-nd generation
Radiation CO major 1015/cm3, absorbance all, 1013/cm3, concentration V/I rich
N concentration NN, +O NNOn, weighted sum using dipole moment
N complex N implantation, Ns, NN electron irradiation, NO, VN, Ni, database, website
Tab.II Determination of relative dipole moment by the analysis of source ' product.
Reaction Process Intensity change ratio product/source
Ni ' NiOi ' Ni CZ anneal Ni/NiOi
NN ' VNN + VVNN ' NN FZ, irradiation + anneal NN/VNN/VVNN
VVNN ' VNs ' NN FZ, anneal VVNN/VNs/NN
Ni ' VNs ' Ni FZ, anneal, irradiation + anneal Ni/VNs