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昨年度は、Si(111)7x7表面をN2ガスでわずかに真空中熱窒化し、その窒化量の温度、圧力依存性をXPSで明らかにした。さらに、STMによってSiN核の形状と密度を系統的に観察した。平成8年度は、STMによるSiN核の観察を引き続いて行うとともに、SiN核が形成された表面を熱酸化し、SiN核の熱酸化に対するマスク性を調べた。熱酸化条件としては、基礎実験としての真空中でのエッチングモードでの酸化と、当初の目的に不可欠な電気炉での酸化の2種類の条件を対象とした。通常のSi基板に対して、期待どおり選択酸化が生じればSiピラ-が形成できる。その結果、以下の事実が明らかとなった。
1.SiN核はその厚みは5Å程度と極めて薄いにもかかわらず、真空中でのエッチングモード酸化に対して優れた耐性(マスク性)を示し、酸化で消費されるSi厚さに応じたSiピラ-が形成される。ピラ-の最上部はSiN特有の原子配列が観察され、酸化後もSiN核が残存している直接的証拠が得られる。
2.窒化後、一旦大気中に取り出し、電気炉で酸化した場合もピラ-が形成されることが判明し、提案したドット形成プロセスの有効性がほぼ実証できた。(なお、電気炉で酸化した試料は、HFで酸化層を除去してからSTMで観察した。)
3.ピラ-のサイズと密度は、SiN核と対応しており、比較的低温領域の600〜650℃での窒化によって数nmのピラ-サイズとピラ-間隔が実現できる。
これらのプロセスを極薄SOI基板に対して適用し、実際にSiドットアレイを形成するのが、次のステップであり、現在実験中である。これについては、当初の予定よりもやや遅れている。
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