透過電子顕微鏡画像から結晶欠陥を容易に検出可能に―モアレ縞を用いて欠陥分布を評価：産業技術総合研究所ほか
(2017年9月21日発表)
（国）産業技術総合研究所と東芝デバイス＆ストレージ（株）は9月21日、半導体結晶の透過電子顕微鏡画像から原子レベルの欠陥を容易に検出できる画像処理技術を共同で開発したと発表した。欠陥発生率の少ない半導体デバイス製造プロセスの構築に有用という。
窒化ガリウム（GaN）のような次世代半導体デバイスの製造では、転位と呼ばれる線状の結晶欠陥を精密に制御できるプロセス技術が求められている。これまでは透過電子顕微鏡で撮影された高分解能画像を人が観察して欠陥の発生状態を評価し、それをプロセス技術に反映してきたが、電顕画像を拡大すると一回でチェックできる視野は狭くなるため、画像全体の評価に非常に多くの手間がかかっていた。
開発したのは、デバイス全体の広い範囲において欠陥分布を網羅的に評価できる技術。格子間隔が近い2つの格子を重ねた時に現れる周期的な模様の「モアレ縞」を利用したもので、結晶の原子配列を規則的な格子とみなし、サンプリングモアレ法という手法でモアレ縞を作成する。
一方の格子にわずかな変形があるとこのモアレ縞が大きく変化、格子に変形をもたらす転移が存在する箇所ではモアレ縞に不連続な変化が現れる。サンプリングの仕方によって目視でも簡単に転位を検出できる。
また画像処理によってモアレ縞の終点や分岐点を自動的に検出して、電子顕微鏡画像全体で転位の数や分布を評価できる。
GaN半導体の透過電子顕微鏡画像に適用して転位の検出を試みたところ、画像全体の転位分布を評価できたという。この技術を用いて製造プロセスが転位分布に及ぼす影響を評価することにより、高性能、長寿命の半導体デバイス製造プロセスの確立が期待できるとしている。
