三つ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12381 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

X 線トポグラフィーは、結晶材料の結晶欠陥や歪みを非破壊で分析するための強力な方法です。 しかし、従来のX線トポグラフィーでは単純なX線回折像を用いるため、欠陥や転位の深さ情報は得られません。 そこで我々は、ブラッグケース断面トポグラフィーと集束シート状X線を組み合わせた新しい三次元マイクロX線トポグラフィー技術（3D μ-XRT）を開発しました。 3D μ-XRT の深さ分解能は主に集束 X 線ビーム サイズに依存し、1 μm オーダーの精度で内部欠陥や転位の非破壊観察が可能になります。 SiCパワーデバイスチップの実証観察では、積層欠陥、ねじねじ、ねじ切りエッジ、底面転位が深さ精度1.3μmで鮮明に三次元的に可視化されることがわかりました。 3D μ-XRT は、材料の結晶性を 3 次元で高感度かつ非破壊的に分析するための有望な新しいアプローチです。

X線トポグラフィーは、ウェーハ、インゴット、半導体デバイスなどの結晶材料の結晶歪み、転位、欠陥の非破壊かつ高感度分析に広く利用されています。 しかし、一般に結晶性情報は反射または透過X線回折の二次元強度分布（トポグラム）から得られるため、深さ情報は得られません。 そのため、結晶欠陥や歪みの三次元解析は一般に行うことができず、結晶欠陥が表面付近にあるのか、材料の深部にあるのかを判断することはできません。 立体視観察が行われ、結晶内の 3 次元欠陥が得られていますが 1,2 、その深さをミクロンオーダーで特定することはまだ可能ではありません。 そのため、半導体パワーデバイスの劣化の原因となるエピタキシャル層の積層欠陥の深さ解析を行うことができません。 結晶材料の三次元特性評価のために、断面トポグラフィー、トポトモグラフィー、および集束 X 線マイクロビームを使用した走査マイクロトポグラフィーが開発されています。 断面トポグラフィー3、4は、試料を走査してシート状のX線を用いて得られたトポグラムを複数枚重ね合わせて3次元トポグラムを取得します。 これは、他の用途とともに、結晶インゴットのネックの欠陥の 3 次元構造を視覚化するために使用されています 5。 ただし、空間分解能は主に X 線ビームのシート高さに依存し、サブ mm のオーダーに制限されます。 最近提案された暗視野 X 線顕微鏡法 (DFXM) と呼ばれる、集束したシート状 X 線を利用したマイクロトポグラフィー技術により、バルクアルミニウムブロックの詳細な 3 次元歪みマップが得られることが報告されています 6。 ただし、結像 X 線レンズによって視野は 100 μm に制限され、観察は透過幾何学構造 (ラウエの場合) でのみ行われました。 そのため、数mm角のパワーデバイス全体をスキャンして観察するには長い測定時間が必要となります。

トポトモグラフィー法7は、試料を回転させ、各回転角度で得られたトポグラムから三次元分布を計算するという点でX線コンピュータ断層撮影法と似ています。 白色放射光（SR）と組み合わせて、チョクラルスキーシリコン結晶成長の初期段階における転位伝播の三次元観察が行われています8。 ただし、平行ビーム形状の X 線マイクロ CT の場合と同様、空間分解能は主に X 線イメージャと、サンプルと X 線イメージャ間の距離 (作動距離 (WD)) によって決まります。最小でも10μm程度です。 また、透過ジオメトリはバルク材料の評価に一般的に使用されており、半導体デバイスなどの平面試料の表面観察にはバルク情報が混在するため不向きです。 この問題を克服するために、平面サンプル用にラミノグラフィーを組み込んだ方法が開発され、シリコンウェーハの事前の機械的損傷10における転位ループ9とスリップバンド形成の視覚化に成功しました。 ただし、空間分解能は 3 μm のままです。