2次元連結型単結晶シリコンドットの作製と電子輸送過程の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450125
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 田部 道晴 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80262799)
• 研究分担者: 石川 靖彦 静岡大学, 電子工学研究所, 助手 (60303541)
• キーワード: 連結型Siドット / SOI / 電気伝導 / SiN核 / 選択酸化

研究概要

本研究では、(1)Si単結晶シートで連結された2次元高密度単結晶Siドット構造の作製、(2)ドット間の電気伝導機構の解明、を目的としている。本年度は、主として、(1)のドット構造の作製、および(2)の予備実験としてSOI-MOSFET構造に対するKFMによる電位分布測定を行ってきた。以下にその成果を示す。
(1)ドット形成(これまで開発してきた以下の手順で進めた。)
・上部Si層を約10nmにまで薄層化したSOI基板の形成
熱酸化と酸化膜の除去を繰り返すことで、SOI基板の上部Si層を10nm程度までほぼ均一に薄層化した。
・薄層化したSOI表面への約10nm直径のSiN核の高密度形成
超高真空チャンバ内でのN_2ガス処理(1×10^<-5>Torr、基板温度750℃)により、10〜20nm直径のSiN核を高密度(10^<11>cm^<-2>以上)に形成した。
・SiN核をマスクとした上部Si層の選択酸化(エッチングモード酸化)
低分圧酸素雰囲気での熱酸化により、SiN核のない部分のみ選択的にSiがエッチングされる。この工程により、単結晶Siドットの高密度形成が可能であることを断面TEM観察により確認した。
・現在、このドット群をチャネル部とするドット型SOI-MOSFETの作製工程を検討中である。
(2)KFMの予備実験
・SOI-MOSFETの電位分布測定
上記のドット型SOI-MOSFETに先立って、平面型SOI-MOSFET構造を用いてKFMによる電位分布測定を行った。ソース-ドレイン間、およびゲート(SOI構造の母体Si基板をバックゲートとして利用)への電圧印加によるSOI層の電位分布の変化を検出できた。SOI-MOSFETとしては、過去に報告例のない初めて得られた結果であり、ドット型SOI-MOSFETの測定に見通しが得られた。

研究成果

• [文献書誌] R.Nuryadi,Y.Ishikawa,M.Tabe: "Formation and ordering of self-assembled Si islands by ultrahigh vacuum annealing of ultrathin bonded silicon-on-insulator structure"Applied Surface Science. 159-160. 121-126 (2000)
• [文献書誌] Y.Ishikawa,M.Kosugi,M.Kumezawa,T.Tsuchiya,M.Tabe: "Capacitance-voltage study of single-crystalline Si dots on ultrathin SiO_2 formed by nanometer-scale local oxidation"Thin Solid Films. 369・1-2. 69-72 (2000)
• [文献書誌] Y.Ishikawa,M.Kosugi,M.Tabe: "Effect of nanometer-scale corrugation on densities of gap states and fixed charges at the thermally-grown SiO_2/Si interface"Journal of Applied Physics. 89・2. 1256-1261 (2001)
• [文献書誌] M.Tabe,M.Kumezawa and Y.Ishikawa: "Quantum-Confinement Effect in Ultrathin Si Layer of Silicon-on-Insulator Substrate"Japanese Journal of Applied Physics.. 40・2B. L131-L133 (2001)
• [文献書誌] Y.Ishikawa,M.Kosugi,T.Tsuchiya and M.Tabe: "Concentration of Electric Field near Si Dot/Thermally-Grown SiO_2 Interface"Japanese Journal of Applied Physics. 40・3B(掲載決定). (2001)
• [文献書誌] M.Tabe,M.Kumezawa,Y.Ishikawa,and T.Mizuno: "Quantum confinement effects in Si quantum well and dot structures fabricated from ultrathin silicon-on-insulator wafers"Applied Surface Science. (掲載決定). (2001)