結晶表面の原子ステップの位置・構造制御と原子・分子修飾

• 研究課題/領域番号: 22360015
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山部 紀久夫 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10272171)
• 研究分担者: 蓮沼 隆 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90372341)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円); 2014年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2013年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2012年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2011年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2010年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: シリコン / 単結晶 / 原子ステップ / 原子テラス / 平坦性 / ラフネス / 均一性 / Si / SiC / 密度 / 分布 / 密度緩和 / 二次元分布 / 金属ナノワイヤ / 表面 / 酸化膜 / 有機分子 / センサー / 成長核 / 自然酸化 / 水分 / バックボンド / テラス / エッチング / 三角ピット / インデンテーション / 損傷 / フェンス / 酸化物 / SiO2

研究成果の概要

ナノスケールの電子デバイスでは、原子レベルまで微細な構造を制御する技術が求められる。同時に、種々の不具合の原因を解明したりその抑制技術を開発したりするために、原子レベルの精度で制御された構造を用いて、より感度高く現象を把握することは重要である。
本研究では、主に(111)面方位の単結晶シリコンを低溶存酸素純水に浸漬して、原子ステップと幅広い原子的に平坦な原子テラスを形成した。さらに、ナノテクノロジーとして原子ステップの位置制御性を検討した。また、原子テラスの究極の平坦面を利用して、その表面に熱酸化法によって形成されるシリコン酸化膜の原子レベルの膜厚均一性などに伴う現象を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] 極薄シリコン酸化膜における原子レベルの膜厚均一性と信頼性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山部紀久夫、蓮沼隆
  • 雑誌名: J.Vac.Soc.Jpn. 巻: 58 ページ: 27-27
  • NAID: 130004952534
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiple breakdown model of carpet-bombing-like concaves formed during dielectric breakdown of silicon carbide metal-oxide-semiconductor capacitors (2014)
  • 著者名/発表者名: Soshi Sato1, Yuki Hiroi, Kikuo Yamabe, Makoto Kitabatake, Tetsuo Endoh, and Masaaki Niwa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 8S1 ページ: 08LA01-08LA01
  • DOI: 10.7567/jjap.53.08la01
  • NAID: 210000144325
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oxidation characteristics of silicon exposed to O(1D2) and O(3P2) radicals and stress-relaxation oxidation model for O(1D2) radicals (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshiro Kabe, Ryu Hasunuma, and Kikuo Yamabe
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 031501-031501
  • NAID: 210000143412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microscopic Thickness Uniformity and Time-Dependent Dielectric Breakdown Lifetime Dispersion of Thermally Grown Ultrathin SiO2 Film on Atomically Flat Si Surface (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryu Hasunuma, Yusuke Hayashi, Masahiro Ota, and Kikuo Yamabe
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 3R ページ: 31301-31301
  • DOI: 10.7567/jjap.52.031301
  • NAID: 210000141859
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoindentation Damage near Silicon Surface Embossed by Immersion in Ultralow-Dissolved-OxygenWater (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryu Hasunuma, Shun Kudo, Katsuya Kamata, and Kikuo Yamabe
  • 雑誌名: ECS Journal of Solid State Science and Technology 巻: 2 号: 5 ページ: 225-229
  • DOI: 10.1149/2.014305jss
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Kink Generation Rate and Step Flow Velocity on Si(111) during Wet Etching (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryu Hasunuma and Kikuo Yamabe
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 11R ページ: 11027-11027
  • DOI: 10.7567/jjap.52.110127
  • NAID: 210000143047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional Roughness Growth at Surface and Interface of SiO2 Films during Thermal Oxidation of 4H-SiC(0001) (2012)
  • 著者名/発表者名: R.Hasunuma, T.Fukasawa,R.Kosugi, Y.Ishida, and K.Yamabe
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 717～720 ページ: 785-788
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.717-720.785
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation of Silicon Utilizing a Microwave Plasma System : Electric-Stress Hardening of SiO2 Films by Controlling the Surface and Interface Roughness (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiro Kabe, Ryu Hasunuma, Kikuo Yamabe
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 巻: 51 ページ: 41104-41104
  • NAID: 210000140407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variation of Chemical Vapor Deposited SiO2 Density Due to Generation and Shrinkage of Open Space During Thermal Annealing (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Sometani, R.Hasunuma, M.Ogino, H.Kuribayashi, Y.Sugahara, A.Uedono, K.Yamabe
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 巻: 51 号: 2R ページ: 21101-21101
  • DOI: 10.1143/jjap.51.021101
  • NAID: 210000071732
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation and Growth of Atomic-scale Roughness at Surface and Interface of Silicon Dioxide Thermally Grown on Atomically Flat Si Surface (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayashi, R.Hasunuma, K.Yamabe
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 470 ページ: 110-116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tokuda N, Umezawa H, Yamabe K, Okushi H, Yamasaki S ; Growth of atomically step-free surface on diamond {111} mesas (2010)
  • 著者名/発表者名: Tokuda N, Umezawa H, Yamabe K, Okushi H, Yamasaki S
  • 雑誌名: DIAMOND AND RELATED MATERIALS 巻: 1 ページ: 288-290
  • 査読あり
• [学会発表] SiC熱酸化膜の深さ方向密度分布 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 真理子, 蓮沼 隆, 山部 紀久夫
  • 学会等名: 第20回ゲートスタック研究会
  • 発表場所: 東レ研修センター、三島
  • 年月日: 2015-01-26 – 2015-01-31
• [学会発表] SiC熱酸化膜の密度緩和 (2014)
  • 著者名/発表者名: Masahito Nagoshi,Mariko Hayashi,R. Hasunuma,and K. Yamabe
  • 学会等名: 先進パワー半導体分科会チュートリアルおよび第1回講演会
  • 発表場所: ウィンチあいち、名古屋
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-20
• [学会発表] SiC熱酸化膜の深さ方向密度分布 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林真理子、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] SiC上に堆積したTEOS-SiO2膜の電気的特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前田貫太, 蓮沼隆, 山部紀久夫
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] HfO2膜の結晶化による電気的特性変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: Hisanori Momma, Yuta Miyamoto, Ryu Hasunuma, and Kikuo Yamabe
  • 学会等名: 第18回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(熱海)
• [学会発表] Si(111)表面の自然酸化形態 (2013)
  • 著者名/発表者名: 土井 修平 蓮沼 隆 山部 紀久夫
  • 学会等名: 第18回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(熱海)
• [学会発表] 熱酸化における大気中へのシリコン放出 (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Nagasawa, R.Hasunuma, K.Yamabe
  • 学会等名: 第18回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(熱海)
• [学会発表] 酸化アニールによる多結晶HfO2 の同一箇所2 次元リーク電流分布変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 下田 恭平1、 蓮沼 隆1、 山部 紀久夫1, 右田 真
  • 学会等名: 2013年春季 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] Si(111)表面の自然酸化の原子論的形態に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 土井修平、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 2013年春季 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] SiO2 膜中における捕獲電荷のデトラップ評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 滝ヶ浦 佑介，蓮沼 隆, 山部 紀久夫
  • 学会等名: 2013年春季 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 酸化・還元アニールによる多結晶HfO2 膜の電気的特性変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 門馬 久典，蓮沼 隆，山部 紀久夫
  • 学会等名: 2013年春季 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 多結晶HfO2膜におけるリーク電流の温度依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮本雄太、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 2012年春季 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(新宿区)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] ホットキャリアによるシリコン空乏層とMOS特性の劣化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長澤達彦、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 2012年春季 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(新宿区)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 熱酸化に伴うSiO2/4H-SiC(0001)表面および界面ラフネス増加 (2012)
  • 著者名/発表者名: 深澤辰哉, 小杉亮治, 石田夕起, 蓮沼隆, 山部紀久夫
  • 学会等名: 第17回「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-」
  • 発表場所: 東レ研修センター(三島市)
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] HfO2膜中の結晶/アモルファス界面近傍欠陥とリーク電流 (2012)
  • 著者名/発表者名: 蓮沼隆, 宮本雄太, 下田恭平, 上殿明良, 山部紀久夫
  • 学会等名: 第17回「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-」
  • 発表場所: 東レ研修センター(三島市)
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] 陽極酸化法を用いた電界集中を誘起する構造制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮本 雄太，土井 修平，蓮沼 隆，山部 紀久夫
  • 学会等名: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学
• [学会発表] 高温下でのSiO2膜の劣化評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 滝ヶ浦 佑介，蓮沼 隆, 山部 紀久夫
  • 学会等名: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学
• [学会発表] HfO2膜の結晶化による電気的特性変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 門馬久典、宮本雄太、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学
• [学会発表] Si(111) 表面の自然酸化形態に関する考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 土井修平、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学
• [学会発表] 熱酸化における大気中へのシリコン放出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長澤 達彦、蓮沼 隆、山部 紀久夫
  • 学会等名: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山大学
• [学会発表] NF3 添加酸化によるSiC 基板起因容量-電圧特性劣化の低減 (2012)
  • 著者名/発表者名: 蓮沼 隆, 深澤辰哉, 山部 紀久夫
  • 学会等名: SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会
  • 発表場所: 大阪市中央公会堂
• [学会発表] Silicon Atomistic Steps Formation in Predetermined Positions by Combination between Ultralight-Indentation and Immersion in Ultralow Dissolved-Oxygen Water (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kudo, R.Hasunuma, K.Yamabe
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: 船堀(東京)
  • 年月日: 2011-12-12
• [学会発表] ナノインデンテーション法を用いたSi(111)表面の原子ステップ制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 工藤駿, 蓮沼隆, 山部紀久夫
  • 学会等名: 2011年秋季 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学(山形市)
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] 極薄シリコン熱酸化膜の膜厚均一性と表面・界面形状相関 (2011)
  • 著者名/発表者名: 太田雅浩, 蓮沼隆, 山部紀久夫
  • 学会等名: 2011年秋季 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学(山形市)
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] 高温下ストレス印加後のSiO2膜中捕獲電荷 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山下貴之, 蓮沼隆, 山部紀久夫
  • 学会等名: 2011年秋季 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学(山形市)
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] Two-dimensional Roughness Growth at Surface and Interface of SiO2 Films during Thermal Oxidation of 4H-SiC(0001) (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Hasunuma, T.Fukasawa, R.Kosugi, Y.Ishida, K.Yamabe
  • 学会等名: 2011 Int.Conf.Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: アメリカ(クリーブランド)
• [学会発表] ナノインデンテーション法を用いたSi(111)表面の原子ステップ制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 工藤駿、鎌田勝也、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: アトミック/ポリスケールテクノロジー連携研究会
  • 発表場所: 東京理科大学長万部キャンパス(北海道)
• [学会発表] 低温化による極薄シリコン熱酸化膜表面および界面のラフネス成長 (2011)
  • 著者名/発表者名: 太田雅浩、林優介、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: アトミック/ポリスケールテクノロジー連携研究会
  • 発表場所: 東京理科大学長万部キャンパス(北海道)
• [学会発表] 極薄SiO2膜のラフネスがMosの信頼性へ与える影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 林優介,染谷満, 蓮沼隆, 山部紀久夫
  • 学会等名: 第16回「ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-」
  • 発表場所: 東京工業大学
• [学会発表] quartz表面における原子ステップ/テラス構造の形成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 杉井俊介, 蓮沼隆, 山部紀久夫
  • 学会等名: 第30回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] Nanoindentation and Step Control on Si(111) Surfaces
  • 著者名/発表者名: Ryu Hasunuma and Kikuo Yamabe
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城
• [学会発表] Morphological Analysis on Native Oxidation of Si(111) Surface
  • 著者名/発表者名: Syuhei Doi, Ryu Hasunuma, K. Yamabe
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城)
• [学会発表] Microscopic Thickness Uniformity and Dielectric Breakdown Lifetime of Ultrathin SiO2 Films Thermally Grown on Si(111)
  • 著者名/発表者名: Ryu Hasunuma and Kikuo Yamabe
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城)
• [学会発表] Interrelationship between Leakage Current and Grain Boundaries of Polycrystalline HfO2 Films Directly-Bonded to Si Substrate
  • 著者名/発表者名: Hisanori Momma, Yusuke Tomura, Ryu Hasunuma, Kikuo Yamabe
  • 学会等名: 2013 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES
  • 発表場所: 筑波大学(東京キャンパス)
• [学会発表] Si Emission to Atmosphere during Thermal Oxidation of Si Substrates
  • 著者名/発表者名: Ryu Hasunuma and Kikuo Yamabe
  • 学会等名: 2013 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES
  • 発表場所: 筑波大学(東京キャンパス)
• [学会発表] NF3 Added Oxidation of 4H-SiC(0001) and Suppression of Interface Degradation
  • 著者名/発表者名: Ryu Hasunuma, Masahito Nagoshi, and Kikuo Yamabe
  • 学会等名: 2013 The International Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: フェニックスシーガイアリゾート（宮崎）
• [学会発表] HfO2多結晶厚膜の絶縁特性
  • 著者名/発表者名: 林 真理子, 門馬 久典, 蓮沼 隆, 山部 紀久夫
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京都)
• [学会発表] 微小電極面積を有する極薄多結晶HfO2膜の電気的特性
  • 著者名/発表者名: 戸村 有佑、 蓮沼 隆、 山部 紀久夫, 右田 真司
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京都)
• [学会発表] 酸化・還元アニールによる多結晶HfO2膜の相変態と電気的特性変化
  • 著者名/発表者名: 門馬 久典, 蓮沼 隆，山部 紀久夫
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京都)
• [学会発表] ストレスによりSiO2膜中に生じた欠陥の回復
  • 著者名/発表者名: 滝ヶ浦 佑介，蓮沼 隆, 山部 紀久夫
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京都)
• [学会発表] シリコン表面の酸化膜密度とエッチングレートの相関性評価
  • 著者名/発表者名: 土井修平、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京都)
• [学会発表] NF3添加酸化におけるSiO2/SiC(0001)界面の安定化
  • 著者名/発表者名: 名越 政仁、蓮沼 隆、山部 紀久夫
  • 学会等名: 第19回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(静岡)
• [学会発表] Ti被着により酸素引き抜きを行った多結晶HfO2膜の電気的特性
  • 著者名/発表者名: 門馬 久典，蓮沼 隆，山部 紀久夫
  • 学会等名: 第19回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(静岡)
• [学会発表] 高温下ストレスによりSiO2膜中に生じた欠陥の回復
  • 著者名/発表者名: 滝ヶ浦 佑介，蓮沼 隆, 山部 紀久夫
  • 学会等名: 第19回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(静岡)
• [学会発表] 極薄多結晶HfO2膜における結晶粒界と酸素空孔欠陥がリーク電流にもたらす影響
  • 著者名/発表者名: 戸村 有佑、 蓮沼 隆、 山部 紀久夫, 右田 真司
  • 学会等名: 第19回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(静岡)
• [学会発表] シリコン酸化膜の密度分布が電気的特性に及ぼす影響
  • 著者名/発表者名: 土井修平、蓮沼隆、山部紀久夫
  • 学会等名: 第19回「ゲートスタック研究会－材料・プロセス・評価の物理－」
  • 発表場所: ニューウェルシティー湯河原(静岡)