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オンデマンド出版(POD)
半導体材料の欠陥評価技術―GaAs基板評価・Si MOS界面評価

コードNO0066P
発刊日1985年4月
監 修
生駒 俊明 東京大学 生産技術研究所 教授
長谷川 文夫 筑波大学 物質工学系 助教授
価 格 POD(オンデマンド)価格 本体27,300円+税
体 裁A4判並製横2段組 419頁
試 読不可
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キャンセル・返品不可 GaAs固有の基板結晶問題、またSiでのプロセスによる欠陥・界面準位の変化など、半導体材料の転位とDeep Levelの問題を初めて集大成

主要構成

第1部 基礎物性
第2部 評価技術
第3部 III−V族半導体の評価
第4部 Siの評価
第5部 測定装置

【編集方針】

 本書は半導体、特にGaAs IC用基板の評価方法を、現在GaAsの研究開発にたずさわっている人のみならず新しくGaAsを始めた人や現場の技術者にもすぐ役立つようにまとめようとするものです。 GaAsおよびその他の化合物半導体では、転位が入りやすく、また点欠陥が作る深いエネルギー準位、いわゆるDeep Levelが問題となります。 したがって本書ではこの転位と、Deep Levelを中心にまとめる予定ですが、それに関連して技術者が参照できるような基礎物性や結晶成長方法、不純物の測定法も含めました。 さらに測定装置についても現在市販されているものについて簡単にその特徴や性能を紹介させてもらうことにしました。
 また、SiではバルクSi中のDeep Levelが直接問題になることはあまりないようですが、MOS界面の準位はプロセス制御にとって非常に重要ですし、DLTS法が生産現場で実際に使われているようです。 プロセスによる欠陥や界面準位の変化は、パターンの微細化が進み、集積度が上がるほど重要になってきます。 これらもDeep Levelの物性や測定法に関してはGaAsと共通と考えられますので、Deep Levelについて包括的にまとめるということで入れてみました。 化合物半導体を研究開発している人に、Siではどういうことが問題になっているか、またSi MOSのプロセスにたずさわっている人に、化合物半導体とはどんなものであるか、わかってもらうことができれば、編集者の意図は達せられるものと思います。
東京大学 生駒 俊明/筑波大学 長谷川 文夫

■ 内容目次

第1部 基礎物性

第1章 化合物半導体の物理<竹田 美和>

第1節 化合物半導体概説

第2節 III-V族化合物半導体
  1. エネルギー・バンド構造
  2. 電気的性質
  3. 光学的性質
第3節 III-V族混晶半導体
  1. 総論
  2. Alx Ga1-x As
  3. Gax In1-x Asy P1-y
  4. その他の混晶半導体
  5. 混晶半導体の問題と展望
第4節 その他の化合物半導体
  1. II-VI族化合物半導体
  2. SiC

第2章 半導体のバルク結晶成長<西永 頌>

第1節 融液からの結晶成長機構
  1. 結晶の表面
  2. 核形成
  3. らせん転位による成長
  4. 荒れた面上での結晶成長
  5. 融液成長における不純物ドーピング
第2節 Siの結晶成長
  1. 結晶成長法
  2. ルツボ内の融液の流れ
  3. ファセット効果
  4. 磁界中での結晶引き上げ(MCZ)
第3節 III-V族化合物半導体のバルク結晶成長
  1. 化合物半導体の相図
  2. GaAsのバルク結晶成長
  3. GaP、InPのバルク結晶成長
  4. むすび

第3章 半導体中の転位<角野 浩二>

第1節 転位の原子的構造
  1. 転位とは?
  2. ダイヤモンド型結晶と閃亜鉛鉱型結晶の特徴と積層欠陥
  3. 転位の周りの原子配列
第2節 転位の動的性質
  1. 転位の発生
  2. 転位の増殖
  3. 転位の易動度と不純物の効果
    3.1 Si中の転位の運動特性と不純物の効果
    3.2 GaAs中の転位の運動特性と不純物の効果
第3節 転位と不純物との相互作用
  1. 不純物の転位線上のへの集積
  2. 不純物による転位の固着
第4節 転位の電気的・光学的作用
  1. 塑性変形によって誘起される電気的に活性なセンター
  2. 転位の光学的作用

第4章 半導体中のDeep Levelの物理<生駒 俊明/奥村 次徳>

第1節 格子欠陥のエネルギー準位

第2節 深い準位の統計論
  1. SRH統計
  2. 速度方程式(Rate Equation)
  3. 詳細平衡の原理と各パラメータ間の関係
  4. 深い準位の振舞い
  5. キャリア寿命
  6. 表面準位と表面再結合速度
第3節 捕獲断面積と光イオン化断面積


第2部 評価技術

第1章 欠陥構造の観測技術<松井 純爾>

第1節 エッチングによる欠陥の観察
  1. エッチング前の処理
  2. エッチング
第2節 光による欠陥の観察
  1. ホトルミネッセンスによる欠陥の観察
  2. 光吸収による欠陥の観察
  3. 光散乱による欠陥の観察
  4. 光音響法による欠陥の観察
第3節 電子線による欠陥の観察
  1. 電子線回折による欠陥の観察
  2. カソードルミネッセンスによる欠陥の観察
  3. EBICによる欠陥の観察
第4節 X線による欠陥の観察
  1. X線透過回折法による欠陥の観察
  2. X線反射回折法による欠陥の観察
  3. X線散漫散乱法による微小欠陥の測定

第2章 不純物の分析<中島 尚男>

第1節 放射化分析
  1. 分析法
  2. GaAs中の不純物の分析
第2節 フレームレス原子吸光分析
  1. 分析法
  2. GaAs中の不純物の分析
第3節 局在格子振動モードによる光吸収を用いた分析
  1. 分析法
  2. GaAs中の不純物の分析
第4節 質量分析
  1. 分析法
  2. スパークイオン源質量分析装置
  3. イオンマイクロアナライザ
  4. GaAs中の不純物の分析
  5. SIMSによるGaAs中の不純物分布の測定
第5節 ラザフォード後方散乱および粒子線励起X線検出法
  1. 原理
  2. RBSによるAu-GaAs界面の検討
  3. PIXEによるGaAs、GaAlAs中のZn、Siの検討

第3章 容量法によるDeep Levelの測定<長谷川 文夫>

第1節 容量法とDLTS法
  1. 歴史的背景
  2. 容量法とDLTS法の動作原理
第2節 Modified DLTS法
  1. ICTS法
  2. DLFS法
  3. 三点法によるemission rate e、容量差ΔCの測定
第3節 DLTS法における誤差について
  1. NT<<NDが成り立たない場合の測定誤差
  2. 空乏層先端の非イオン化領域による誤差―λ効果
  3. 測定精度について
第4節 光容量法
  1. 光DLTS法
  2. 光容量分光法
第5節 PITS法

第6節 測定方法・・・試料と治具
  1. 試料の作製法
  2. 試料のマウント法

第4章 光によるDeep Levelの測定<田島 道夫>

第1節 半導体のDeep Levelの光学遷移
  1. 配位座標モデル
  2. 電子−格子相互作用が比較的小さい場合の発光スペクトル
  3. 電子−格子相互作用が大きい場合の発光スペクトル
第2節 フォトルミネッセンスによる測定
  1. 原理
  2. PL測定装置
    2.1 試料
    2.2 クライオスタットと試料ホルダー
    2.3 励起光源
    2.4 分光器
    2.5 検出器
    2.6 PL集光光学系
    2.7 その他
  3. スペクトルの較正
    3.1 波長較正
    3.2 感度補正
    3.3 スペクトル表示に関する注意
第3節 光吸収・PASによる測定
  1. 原理
  2. 光吸収による測定
    2.1 吸収係数
    2.2 試料
    2.3 フーリエ分光法
    2.4 Deep Levelの定量分析
  3. PASによる測定
    3.1 マイクロフォン法
    3.2 トランスデューサー法
    3.3 Deep Levelの定量分析
第4節 光伝導、リーク電流(IL)による測定
  1. 光伝導の原理
  2. 光伝導電流測定法
  3. リーク電流(IL)による測定

第3部 III-V族半導体の評価

第1章 バルクGaAsの結晶成長と基板特性<干川 圭吾/宮沢 信太郎>

第1節 バルクGaAs結晶成長技術
  1. HB法とLEC法
  2. 大直径化と直径制御技術
第2節 磁界印加結晶成長技術
  1. 磁界印加結晶成長の歴史
  2. 熱対流の抑制と無成長縞結晶育成
  3. 磁界による点欠陥・転位の制御
第3節 低転位密度化技術
  1. GaAs結晶中の転位とその低減法
  2. 熱応力低減による低転位密度化
  3. 不純物添加による低転位密度化
第4節 半絶縁性基板の制御技術
  1. 半絶縁性のメカニズム
  2. 育成条件と比抵抗
    2.1 アンドープ結晶
    2.2 Crドープ結晶
    2.3 熱変成の制御
第5節 均一性の制御
  1. 転位分布
  2. 比抵抗分布
  3. ホトルミネッセンス分布
  4. EL-2濃度分布
  5. 転移分布との相関

第2章 GaAs、InP中のDeep Level<谷口 光弘/生駒 俊明>

第1節 GaAs中のDeep Level

第2節 InP中のDeep Level

第3節 Deep Levelの代表EL2

第4節 ホトルミネッセンスによるEL2の測定

第5節 光吸収によるEL2の測定

第6節 熱処理によるEL2の変化


第3章 III-V族混晶半導体中の深い準位<柊元 宏>
  1. はじめに
  2. 混晶の原子配列
  3. 欠陥準位の混晶効果
  4. AlGaAs中のDX準位
  5. 混晶中の欠陥の挙動
  6. おわりに

第4章 プロセス中に導入される欠陥<西 秀敏>

第1節 GaAsにおける照射損傷
  1. 放射線照射によって導入された格子欠陥の電気的性質
  2. 照射損傷の熱処理効果
第2節 イオン注入による電気的活性層の形成
  1. GaAsにおける電気的活性化の概要
  2. 基板依存性と基板の熱変成
  3. アニール方法
  4. 高温注入法とストイキオメトリ制御

第5章 基板特性とGaAs FET特性<宮沢 信太郎>

第1節 GaAs FETの構造と作り方

第2節 GaAs ICに要求される均一性

第3節 転位分布と特性分布
  1. イオン注入層の特性
  2. FETの特性
    2.1 LEC結晶
    2.2 HB結晶
  3. 転位とFETしきい値電圧
  4. プロセス誘起の不均一性
  5. アニール効果
第4節 バックゲートの影響


第6章 欠陥とデバイスの信頼性<米津 宏雄>

第1節 転位とレーザ・ダイオードの劣化
  1. はじめに
  2. 光学損傷
  3. ダークライン劣化
  4. 反射面劣化
  5. その他の劣化
  6. 寿命
第2節 GaAs FETの信頼性
  1. オーミック電極劣化
  2. 電流ドリフト
  3. 破壊現象
  4. 寿命

第4部 Siの評価

第1章 Si中の欠陥と不純物<高野 幸男/小塚 弘次>
  1. 第1節 Si結晶中の酸素および炭素のふるまい
    1.1 酸素の析出とイントリンシック・ゲッタリング
  2. 機械加工歪み層のゲッタリング効果
  3. Si結晶中のAuおよびPtのふるまい
    3.1 拡散メカニズム
    3.2 Pt拡散における転位の影響
    3.3 ゲッタリング
    3.4 Au、Ptの作るdeep level
    3.5 PtドープSiダイオードにおける低温アニール効果
  4. 大口径Si単結晶成長における問題点
    4.1 大口径化と転位
    4.2 Si融液の温度変動と微少欠陥
    4.3 大口径化における熱の問題
  5. まとめ

第2章 Si MOS界面の評価技術<浅田 邦博>

第1節 高周波C-V法によるMOS界面準位密度の測定
  1. 原理
  2. 計算手順
  3. 測定の実例
第2節 DLTS法による界面/バルクトラップの評価
  1. 原理
  2. 測定の実際
第3節 アバランシェ電子注入によるMOS酸化膜の評価法
  1. 測定原理
  2. 解析法
  3. 解析例

第5部 測定装置

第1章 ホトルミネッセンス測定装置<岡田 英雄>
  1. 開発の背景
  2. PL-83型の開発
    2.1 仕様説明
    2.2 装置の特徴
    2.3 PL-83型による測定例
  3. PL-OPS型の開発の背景
    3.1 PL-OPS型の開発
  4. PL-OPS型装置の概要
    4.1 OPS(Optical Scanner,特許公開中)の原理
    4.2 大型金属デュアーの開発
    4.3 装置の構成
    4.4 PL-OPS型による測定例
    4.5 今後の課題

第2章 半導体特性解析装置<畠中 誠人>
    はじめに
  1. 4063Aの測定機能
    1.1 システムを構成する測定器
    1.2 各種テストフィクスチャ/テストリード類
    1.3 システム・コントローラ
  2. ソフトウェアの構成
    2.1 アプリケーション・プログラム
    2.2 「メジャメント&ディスプレイ」および「テストシーケンス・プログラム」

第3章 三和無線のDLTS装置<難波 徹>
  1. 機能
    1.1 機器構成
    1.2 機能概要
    1.3 動作原理
  2. 仕様
    2.1 容量計の仕様
    2.2 プリプロセサの仕様
  3. 特徴
    3.1 高速容量計
    3.2 自動測定
    3.3 対数時間軸のトラジェントメモリ
    3.4 雑音低減化
    3.5 C-T特性測定の高速化

第4章 島田理化のDLTS装置<安達 甫>
    はじめに
  1. ウェハーアナライザシステム17D06構成および概要
    1.1 性能
  2. ウェハーアナライザ17D060システム物理量解析・評価パラメータ及び特徴
    2.1 評価パラメータ(C-V、C-T)
    2.2 評価パラメータ(DLTS)
    2.3 特徴
  3. オプション
    3.1 パルスドC-V特性
    3.2 Zieglerの補正式によるドーピングプロファイル
    3.3 CC-DLTS測定(等容量−DLTS測定)
    3.4 光DLTS
    3.5 電流DLTS
    3.6 システムの具体的測定解析例


付属資料
化合物半導体の物性定数表<竹田 美和 編>


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執筆者一覧(所属・肩書き等は発刊当時のものです)
 
【監修】
生駒 俊明東京大学 生産技術研究所 教授
長谷川 文夫筑波大学 物質工学系 助教授
 
【執筆者】(執筆順)
竹田 美和京都大学 工学部電気工学科 助手
西永 頌東京大学 工学部電子工学科 教授
角野 浩二東北大学 金属材料研究所 教授
生駒 俊明東京大学 生産技術研究所 教授
奥村 次徳東京都立大学 工学部電気工学科 助教授
松井 純爾日本電気(株)基礎研究所半導体研究部 主管研究員
中島 尚男光応用システム技術研究組合 光技術共同研究所 第4研究室長
長谷川 文夫筑波大学 物質工学系 助教授
田島 道夫通産省 工業技術院電子技術総合研究所 固体物性研究室 主任研究官
宮沢 信太郎日本電信電話(株)厚木電気通信研究所機能デバイス研究部 結晶材料研究室長
干川 圭吾日本電信電話(株)厚木電気通信研究所機能デバイス研究部 結晶材料研究室 調査役
谷口 光弘日本鉱業(株)中央研究所 電子材料研究室
柊元 宏東京工業大学 像情報工学研究施設 教授
西 秀敏(株)富士通研究所 厚木研究所化合物半導体研究部 第2研究室長
米津 宏雄日本電気(株)第2LSI事業部超高周波・光素子部 部長
高野 幸男(株)日立製作所 中央研究所第3部 主任研究員
小塚 弘次(株)日立製作所 中央研究所第3部
浅田 邦博東京大学 工学部電気工学科 講師
岡田 英雄西進商事(株)営業技術課 課長
畠中 誠人横河・ヒューレット・パッカード(株)販売促進部1課
難波 徹(有)三和無線 測器研究所 技術第4グループリーダー
安達 甫島田理化工業(株)開発室 技師長


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