【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.06】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24OS0002

利用課題名 / Title

化合物半導体デバイスの分析

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子回折/ Electron diffraction

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

門岩 薫

所属名 / Affiliation

三菱電機㈱

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

日坂隆行,佐々木肇,川合良知

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

市川聡

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-001：3MV超高圧電子顕微鏡
OS-003：200kV原子分解能走査透過分析電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

無電解Ni-Pめっき膜はGaAsへの付着力が高く、段差カバレッジが良好であるため、GaAs系半導体デバイス用の裏面電極(Auのシード層)として、適用が望まれている。
しかし実際のプロセスにおいては、ウエハ工程の熱処理(240℃)によりウエハ反りを引き起こす問題がある。これまでNi-Pメッキ膜のNiがGaAs中に拡散しNi₃GaAs反応層が形成された結果、ウエハ反りを引き起こすこと、またNi₃GaAsは、GaAs(001)面と異なる面間隔の結晶である事を明らかにしてきた[1]。
一方、このNi₃GaAsの結晶構造およびNi₃GaAs/GaAs界面で応力が発生するメカニズムは依然として明らかにできていない。
今回は、このGaAs基板上のNi-Pメッキ膜の応力発生メカニズムを解明するために、Ni-PとGaAsの反応層であるNi₃GaAsについて、原子分解能分析TEMを用いて、結晶構造およびGaAsとの界面の結晶状態を明らかにしたので、ここに報告するものである。

実験 / Experimental

観察用試料としてGaAs基板上にNi-Pメッキ膜を形成後240℃1hrの熱処理を行いNi₃GaAs/GaAs結晶を形成し、続いて形成されたNi₃GaAs/GaAs界面を含み、①GaAs(110)面、②GaAs(111)面、③GaAs(001)面に沿って薄片に加工して作成した。
この3種類の観察用試料に対して、Ni₃GaAs/GaAsの結晶構造、界面の状態を詳細に調べるために、サンプルに垂直方向に加速電圧200kVの電子線を入射し、各晶帯軸における回折条件でTEM観察及び原子分解能STEM観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

観察により以下を明らかにした。
・Ni₃GaAsの結晶は、六方晶構造でGaAs(111)面の4方向の等価面にそれぞれ形成されている。
・Ni₃GaAsの原子配列は、結晶構造モデルと一致し、双晶であることも確認できる。
・GaAs(111)面とNi₃GaAs(0001)面、GaAs(110)面とNi₃GaAs(0112)面が整合している。
Ni₃GaAsとGaAs (111)面の格子整合面において、回折像から求めたNi₃GaAsの格子定数実測値は文献値と比較して、面方向に2.3%伸張し垂直方向に1.2％縮小しており格子歪が生じている。
その結果、面内方向に引張応力が発生すると考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. TEM/STEM観察用サンプル

図2. Ni3GaAs/GaAs のTEM観察結果

図3. STEM像とNi3GaAsの原子配列の比較

図4. Ni3GaAs(0001面)/GaAs(111)面の格子歪

表1. 回折像から求めたNi3GaAsの格子定数

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

[1] K. Nishizawa et al., Electrochemistry, 92(12), 127004 (2024).
[2] CPDS 00-047-1146.
[3] R. W. G. Wyckoff, Crystal Structures 2nd edition vol.1 (1963).

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件