| 研究課題/領域番号 |
04452096
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| 研究機関 | 武蔵工業大学 |
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研究代表者 |
服部 健雄 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (10061516)
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| 研究分担者 |
野平 博司 武蔵工業大学, 工学部, 助手 (30241110)
秋谷 昌宏 武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (60231833)
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| キーワード | 水素終端 / シリコン / 初期酸化 / 酸化機構 / 界面構造 / 層状成長 / 界面反応 / 酸化反応 |
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| 研究概要 |
先ず、40%弗化アンモニウム処理により得られる原子スケールで平坦かつ水素終端したSi(111)面上に1Torrの乾燥酸素中300℃において膜厚0.5nmの酸化膜が形成される過程に関するシミュレーションを行った。その結果、酸化は不均一に進行するももの、局所的には層状成長すると仮定すれば測定結果と一致することが明らかとなった。次に、上述の300℃において形成した膜厚0.5nmの酸化膜を介して、同じ酸化雰囲気中600℃および800℃において膜厚が1.7nmとなるまで酸化を行った。その結果、熱酸化の進行に伴い界面構造が周期的に変化することか見出された。すなわち、一つの酸素原子と三つのシリコン原子との結合からなるSiの化学結合形態Si^<1+>と三つの酸素原子と一つのシリコン原子との結合からなるSiの化学結合形態Si^<3+>が逆位相で現れ周期0.7nmで繰返すことを見出した。この周期は、酸化に伴う体積膨張がSi(111)面に垂直な方向に生じ、かつ体積膨張率が充分広いSi(111)面の場合と等しいと仮定して得られる周期と一致する。なお、Si^<1+>とSi^<3+>が共存していることは、原子ステップの存在を意味している。また、ステップに存在すると考えられるSi^<2+>が膜厚の増加とともに減少する結果は、酸化膜厚の増加とともにより平坦な界面に近づくことを意味してる。さらに詳細な検討より、0.5〜0.8nmを臨界膜厚として、それ以下では酸化は不均一に進行し、それ以上では層状成長となることを示唆する極めて重要な知見が導出された。この知見は、全く新しい超平坦なSiO_2/Si界面の形成方法を暗示している。このような重大な発見をしたために、その確認を慎重に行った。その結果、金属/Si界面構造の形成およびその価電子帯スペクトルの測定に関して充分な時間を割くことができなかった。なお、乾燥酸素中1Torr中200℃、300℃、400℃における初期酸化過程の測定から、低い温度ほど酸化が均一に進行することを見出した。
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