産総研ら,モアレ縞による結晶欠陥検出技術を開発

産業技術総合研究所(産総研)と東芝デバイス&ストレージは共同で,結晶の透過電子顕微鏡画像から欠陥を検出できる画像処理技術を開発した(ニュースリリース)。

近年,半導体の性能・寿命を保証するため,半導体デバイスの製造時に発生する構造欠陥を精密に制御するプロセス技術の確立が求められている。原子レベルの欠陥は,透過電子顕微鏡で撮影された高分解能原子配列画像を人が観察して評価していたが,高倍率にするほど視野が狭くなるため,広い領域で欠陥を評価するには非常に手間が掛かっていた。

今回開発した欠陥検出技術はモアレ縞を利用する。結晶の原子配列を規則的な格子と見なし,サンプリングモアレ法からモアレ縞を作成する。モアレ縞は結晶格子を拡大した模様に相当することから,格子に変形をもたらす転位が存在する箇所ではモアレ縞に不連続な変化が現れると考えられる。この考えを検証するためにシミュレーションを行なった。

転位を含んだ電子顕微鏡の模擬解析画像を作成してフーリエ変換フィルタリングし,得られた格子像をサンプリングモアレ法により拡大したサンプリングモアレ縞の位相図では,転位はモアレ縞の終点や分岐点として目視でも簡単に検出できた。

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た。この画像処理技術をGaN半導体の透過電子顕微鏡画像に適用したところ,転位を示すモアレ縞の終点や分岐点が目視でも容易に確認できた。

今回開発した技術は、結晶の透過電子顕微鏡画像の広い領域で欠陥を容易に検出できる画像処理である。この技術を次世代パワーデバイスとして期待されている窒化ガリウム(GaN)半導体の透過電子顕微鏡画像に適用したところ、画像全体で欠陥の一種である転位の分布を評価することができた。開発した技術は、半導体デバイスの製造プロセス改良への貢献が期待されるとしている。

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