半導体中の添加原子と周辺の3次元配列を観察
―光電子ホログラフィーを用いた半導体素子評価技術を開発―

東京工業大学の筒井一生教授ら、および公益財団法人 高輝度光科学研究センター(JASRI)の松下智裕主席研究員、木下豊彦主席研究員、室隆桂之主幹研究員、大阪大学の森川良忠教授、名古屋工業大学の林好一教授、奈良先端科学技術大学院大学の松井文彦准教授の研究グループは、シリコン(Si)結晶に添加した、ヒ素(As)原子周辺の3次元原子配列構造の観察に成功した。これは、結晶中の添加元素を選択的に10億倍まで拡大・観察できる、光電子ホログラフィー法および解析理論の開発による世界初の成果である。

Si中のAsは、単独で結晶格子位置を置換し電気的に活性な構造、Si空孔周りにAs原子が複数集まり電気的に不活性な構造、As周りのSiがランダムに配置する電気的に不活性な構造の3種類の構造を持つ。今回、これらの濃度比も明らかにした。この観察手法は、多くの半導体製造技術で課題となる添加元素の活性化率を高めるプロセスの技術開発などに役立つと考えられる。

なお、この光電子ホログラフィー実験は、大型放射光施設SPring-8の軟X線固体分光ビームライン(BL25SU)で実施された。

本研究成果は、2017年11月17日付けの米国の科学誌「Nano Letters」に掲載された。

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未来産業技術研究所
筒井研究室