多重内部反射赤外分光による半導体表面水素反応ダイナミクスの研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11304018
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 庭野 道夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (20134075)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 康男 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40312673)
• Keywords: 半導体 / 赤外分光 / 多重内部反射 / 表面 / 吸着・脱離 / 反応機構 / 酸化

Research Abstract

本研究の目的は、半導体表面の水素の挙動を多重内部反射型赤外吸収分光法を主たる解析手段として系統的に明らかにすることである。
研究実績は以下の通りである。
(1)Si表面上の原子状水素吸着・脱離(庭野、木村)
水素の脱離過程はSi表面の原子レベルの荒さに大きく依存することを確かめた。Si(100)表面上のダイマーからの脱離に比べ、ステップ端もしくは欠陥からの脱離はより低い活性化エネルギーを持つことが分かった。
(2)Si表面上の水分子吸着・分解反応(庭野、木村)
Si(100)(2x1)表面に水分子は吸着しやすく、超高真空中においてさえ、短時間で表面の大部分が水の解離吸着種で覆われることが分かった。これまで、STM観測等で同定されていたいわゆるC-defectと呼ばれる表面欠陥は水分子の吸着によることを示した。また、水分子の解離吸着種の吸着モデルも提案した。
(3)Si表面上のシラン系分子の反応過程(庭野、木村)
室温吸着においては表面水素被覆率に応じてシラン吸着のモードが顕著に異なること、表面水素被覆率が低い場合にはモノシランが解離して生じる解離種-SiH_2-が2つのダイマー間に架橋結合すること、また、この吸着種は室温でも再分解することを実験的に明らかにしている。さらに、シランが吸着した表面を加熱した場合に起こる水素脱離過程に対して新しい脱離機構の存在を示した。
(4)Si表面上のベンゼン分子の吸着過程(庭野、木村)
本研究の当初の研究対象を広げて、ベンゼンC_6H_6のSi(100)表面への室温吸着過程を明らかにした。ベンゼン分子吸着においても表面被覆率に応じて吸着のモードが顕著に異なること、表面水素被覆率が低い場合においてはベンゼンが2つのダイマー間に架橋結合すること、被覆率が増大すると一つのダイマーに吸着する過程が優先的に起こることをはじめて明らかにした。

Research Products

• [Publications] M.Shinohara et al.: "Infrared study of adsorption and thermal decomposition of Si_2H_6 on Si(100)"Thin Solid Films. 369. 16-21 (2000)
• [Publications] M.Niwano et al.: "Si_2H_6 adsorption and hydrogen desorption on Si(100) investigated by infrared spectroscopy"Applied Surface Science. 162-163. 113-117 (2000)
• [Publications] M.Shinohara et al.: "Adsorption and decomposition of methylsilanes Si(100)"Applied Surface Science. 162-163. 161-165 (2000)
• [Publications] M.Shinohara et al.: "Infrared study of carbon incorporation during chemical vapor deposition of SiC using methylsilanes"Applied Surface Science. 175-176. 591-596 (2001)
• [Publications] M.Nishizawa et al.: "Chlorosilane adsorption on clean Si surfaces : Scanning tunneling microscopy and Fourier-transform infrared adsorption spectroscopy studies"J. Vac. Sci. Technol.. A19. 2001-2006 (2001)
• [Publications] M.Shinohara et al.: "Formation and decomposition of Si hydrides during adsorption of Si2H6 onto Si(100)(2x1)"Physical Review B. 65. (075319-)1-7 (2001)
• [Publications] M.Shinohara et al.: "Infrared spectroscopy study of silane on Si(001)"Surface Science. (印刷中).
• [Publications] N.Kamakura et al.: "Synchrotron-Radiation Photoemission and Infrared Spectroscopy Study of Adsorption And Decomposition of Dichlorosilane on Si(100)(2x1)"Surface Review and Letters. (印刷中).