水素終端したシリコン面の熱酸化による超平坦シリコン酸化膜/シリコン界面の実現

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452123
• 研究機関: 武蔵工業大学
• 研究代表者: 服部 健雄 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (10061516)
• 研究分担者: 野平 博司 武蔵工業大学, 工学部, 講師 (30241110) ; 秋谷 昌宏 武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (60231833)
• 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

研究概要

平成元年〜3年度の特別推進研究のために導入したESCA-300に装備されている超高分解能電子エネルギー分析器に電子レンズ系用高圧電源を追加装備して、高分解能真空紫外光励起光電子分光分析装置としても活用できるように改造した。この装置を用いて測定したアルゴンガスの輝線スペクトルの半値幅は、パスエネルギーが10eVのとき40meVであった。平成7年度には、この装置を用いて原子スケールで平坦な水素終端したSi(111)-1×1面とSi(100)-2×1面の圧力1Torrの乾燥酸素中300℃における初期酸化過程を明らかにする予定である。ところで、超平坦な極めて薄いシリコン酸化膜/シリコン界面を実現するには原子スケールで平坦な水素終端したシリコン表面から水素が脱離しない状態で酸化し均一な酸化膜を形成し、この酸化膜(プレオキサイド)を介して高温で酸化膜を形成することが必要である。これまでにX線光電子分光法を用いてSi(111)-1×1面とSi(100)-2×1面の圧力1Torrの乾燥酸素中300℃における初期酸化過程を明らかにした。しかし、X線光電子分光法により水素を検出することはできないので、表面のSi原子の初期中過程の解析結果に問題があった。そこで、赤外吸収測定法による初期酸化過程に関する測定を行い、その結果を考慮して初期酸化過程の再検討を行った。その結果、Si(111)面内の酸化の進行は面に垂直な方向の酸化の進行に比べて大きく、すでに酸化膜の層状成長の兆しが見られること、Si(100)面内の酸化の進行は面に垂直な方向の酸化の進行と同程度であることが明らかになった。さらに、熱酸化膜の構造に及ぼすプレオキサイドの効果について調べた結果、プレオキサイドが表面に存在すると表面近傍の酸化膜の半値幅が減少し表面近傍の酸化膜の構造緩和が起こりにくるなることを示唆する結果が得られた。

研究成果

• [文献書誌] K.Ohishi,T.Hattori: "Periodic Changes in SiO2/Si Interface Structures with Progress of Thermal Oxidation" Japanese Journal of Applied Physics. 33. L675-L678 (1994)
• [文献書誌] T.Hattori,Y.Ejiri,K.Saito,M.Yasutake: "Fabrication of nanometer-scale structures using atomic force microscope with conducting probe" Journal of Vacuum Science and Technology. A12. 2589-2590 (1994)
• [文献書誌] T.Hattori: "Initial Stage of Oxidation of Hydrogen-Terminated Silicon Surfaces(Invited)" Proceedings of 2nd International Symposium on Ultra-clean Processing of Silicon Surfaces. 349-354 (1994)
• [文献書誌] G,Ohta,S.Fukatsu,Y.Ebuchi,T.Hattori,N,Usami,Y.Shiraki: "Abrupt Si/Ge Interface Formation Using Atomic Hydrogen in Si Molecular Beam Epitaxy" Applied Physics Letters. 65. 2975-2977 (1994)
• [文献書誌] N,Nohira,K.Saito,K.Sakusabe,K.Makihara,M.Morita,T.Ohmi,T.Hattori: "Effect of Preoxide on the Structure of Thermal Oxide" Japanese Journal of Applied Physics. 34. 245-248 (1995)
• [文献書誌] T.Aiba,K.Yamauchi,Y.Shimizu,N.Tate,M.Katayama,T.Hattori: "Initial Stage of Oxidation of Hydrogen-Terminated Si(100)-2×1 Surface" Japanese Journal of Applied Physics. 34. 707-711 (1995)