2023 Fiscal Year Research-status Report
ナノポアドーピングによるシリコン極限ナノシートの新規ナノ物性創出
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22K18799
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
森田 行則 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (60358190)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | SOI / シリコン・オン・インシュレーター / ヘリウムイオン顕微鏡 / HIM / ナノポア / 量子閉じ込め / エッチング / フォトルミネッセンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度の概要は下記である。
酸素によるエッチングでおよそ1-3 nmまで薄膜化した(100)方位のシリコン・オン・インシュレーター（SOI）試料に対し、収束Heイオンビーム照射によるナノポアアレイ形成実験を行った。Heイオンビームは約0.35 nmに収束、加速電圧30 keVとし、ドーズ量を変調することによる加工形状の変化、欠陥発生に関し検討した。形状変化はHIMによる試料の二次電子像、欠陥は波長325 nm光を用いたフォトルミネッセンス法により評価した。Heイオンを照射した試料では、照射位置に明るい点が観察され、ドーズを増加するに従い照射領域中央部が「窪み」形状へと変化するのが観察された。SOIが薄いほど、加工に要するドーズが減少した。また、Heガス注入に起因する照射領域の盛り上がりが観察された。ナノポア形成前後の照射領域のフォトルミネッセンス計測を行ったところ、1128 nm付近のTO線の発光強度が40%程度減少したが、イオン照射による著しい欠陥増加は見られなかった。結晶構造を維持したまま数十ナノメートルスケールのナノポアアレイ加工が可能であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1nm程度まで薄膜化した極薄シリコン層を形成して、実際のヘリウムイオン照射の実験を行った。極薄シリコン層が薄膜化すると、加工に要するHeイオンのドーズが減少することが分かった。実際に極薄シリコン層に対し規則的なナノポアアレイを形成する実験を行ったが、イオン照射による著しい欠陥増加は見られなかった。結晶構造を維持したまま数十ナノメートルスケールのナノポアアレイ加工が可能であることが明らかとなった。今後、SOI層の下部の埋め込み酸化膜を除去した、極薄Siの架橋構造を形成し、加工ドーズの減少と試料盛り上がりの抑制を行い、電気的特性、光学的特性変調の確認を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度には下記を進める予定である。 ナノポア加工のドーズを減少させ、かつHeガス注入に起因する試料の盛り上を抑制するため、SOI層の下部の埋め込み酸化膜を除去した極薄Siの架橋構造を形成する。この試料構造に対し、ナノポアの間隔等のパラメータを調整して加工したナノポアアレイによる光学特性変調の確認を進める。
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| Causes of Carryover |
SOI層に対するナノポア形成の実験の過程で、Heイオン注入による照射領域の盛り上がりが想定以上に大きいことが判明した。この対策のため、極薄Si層の下部の埋め込み酸化膜を除去した架橋構造の形成を実施することとしたが、1nm程度の極薄Siの架橋構造のプロセス検討に時間を要してしまったため、実際のプロセス着手が行えなかった。そこで、令和6年度に研究期間を延長し、プロセスを行うこととした。
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