Si(100)基板上へのCeO_2(110)膜のエピタキシャル成長

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455012
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Iwaki Meisei University
• Principal Investigator: 井上 知泰 いわき明星大学, 理工学部, 教授 (60193596)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 康博 法政大学, 工学部, 教授 (50139383)
• Keywords: 二酸化セリウム(CeO_2) / ヘテロエピタキシ / イオン化蒸着 / 絶縁物薄膜 / シリコン

Research Abstract

CeO_2はSiとの格子整合が最良の絶縁物であり、マイクロエレクトロニクスへの有望な新材料である。本研究では従来法よりも低温で、低欠陥密度のSi(100)基板上のCeO_2(110)膜のエピタキシャル成長を実現し、ヘテロ界面の特性安定化を達成するための基礎研究を行なった.本年度は蒸発分子部分イオン化装置を導入し、E-ガンからの蒸発物質の一部をイオン化して、運動エネルギを与えることにより、Si基板表面の蒸着物質の表面移動を容易化してCeO_2膜のエピタキシャル成長を促進し、界面の制御を通じて、より低い基板温度で完全性の高い単結晶膜の成長を目指す実験を進めた。
先ず,蒸発分子部分イオン化装置の基本仕様を検討し、発注、製品受入れ後、基本動作確認試験を行なった。次に、蒸発分子部分イオン化装置に印加するバイアス電圧による基板に流れるイオン電流の変化を詳細に調べた。バイアス電圧-40Vから正の方向では負の電流が流れ、電圧の増加に伴って単調に電流も増大すること、その電流値は10^<-4>台であることが分かった。また-40V以下の負バイアスでは10^<-6>台の正の電流が流れることを見い出した.これらの電流の基となるイオン種の同定は今後の課題である。
蒸発分子部分イオン化装置によるエピタキシャル成長温度の低温化の基礎検討実験を行ない、+60Vバイアスで765℃でのエピタキシ膜の形成に成功した。これは30℃以上の低温化に相当するものである。蒸発分子部分イオン化装置の使用が有効であることが立証できた。
今後バイアス電圧を広範囲に変化させてのエピタキシャル成長実験を進め、試料の結晶評価解析を進め、膜歪みの低減、結晶性改良等の効果について検討を進める。また、次年度は新たに電子ビーム照射装置の導入を進め、電子照射の効果の検討も開始する予定である。

Research Products

• [Publications] T. Inoue: "Facet Morphology Analysis of Epitaxial CeO_2 Layers on Si Substrates" Proc. 14th Symp. materials Science and Engineering, Hosei University. 135-140 (1996)
• [Publications] M. Satoh: "Crystallinity Improvement of CeO_2 (110)/Si (100) by High-Eergy Ion Irradiation II" Proc. 14th Symp. Materials Science and Engineering, Hosei University. 47-50 (1996)
• [Publications] S. Arai: "Evaluation of Si/CeO_2/Si Interfaces by ESCA" Proc. 14th Symp. Materials Science and Engineering, Hosei University. 111-114 (1996)
• [Publications] T. Inoue: "Surface Structure of Single Crystal CeO_2 Layers Grown on Si" Thin Solid Films.
• [Publications] M. Satoh: "No Heat Assistance Crystallinity Improvement of Epitaxial CeO_2/Si by High Energy Ion Irradiation" Nuclear instruments and Methods.