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金属（Hf・Zr）／Si半導体表面界面局所構造中シリサイドの酸化反応理解と制御

了解和控制金属（Hf/Zr）/Si半导体表面界面局部结构中硅化物的氧化反应

基本信息

批准号：
21K04882
负责人：
垣内拓大
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では、シリコン（Si）単結晶基板上に異なる厚さのハフニウム（Hf）堆積膜(Hf-Si)を作製することで、表面界面に数種の異なるHfシリサイド化合物を形成することが分かってきた。これに酸素分子（O2）を曝露・照射しながら表面界面にある全ての原子の放射光光電子スペクトル（SR-XPS）を系統的に測定し、解析することで、同じHfシリサイド化学状態であってもそれが表面もしくは界面に位置するかによってO2との反応性に大きな違いがあることが明らかとなった。特にHfの堆積膜厚がSi(111)-7×7基板上に0.5原子層（ML）相当の場合、表面にHfモノシリサイド（HfSi）の準安定構造を形成し、僅かな量のO2を曝露するだけですぐさま酸化し、飽和した。我々は、準安定構造としてHfが7×7表面のSi rest-atomおよびSi adatom直上に吸着し、6員環構造を形成したと推測した。酸化反応は、この準安定局所構造周辺で局所的に進行するため、Hfの酸化状態はシリケートの3価まで進行し、不動化した。一方、Hf堆積膜を2 ML相当で作製した試料では、O2に対して表面にある金属Hf層が高い反応性を示すが、HfSiは界面領域に存在するため、並進運動エネルギー（E = 2.2 eV）を持った酸素分子ビームを照射することで一部酸化させることができた。また、Hf堆積膜を6 ML相当堆積させた試料では、酸素分子が界面領域まで到達しないのでHfSiは未反応だった。一方で、基板からSi原子が表面まで拡散し、これがO2と反応して最表面にSiO2層を形成することも分かった。このようにHf-Siの表面界面は膜厚に依らずO2と高い反応性を示すが、反応物や生成物は異なる。表面界面反応素過程を理解し、利用できればSi基板上に原子スケールで化学状態や構造を制御したHfO2堆積膜を形成できる可能性がある。

This topic では, シリコン (Si) 単 crystal substrate に different なる thick さのハフニウム accumulation (Hf) membrane (Hf - Si) を cropping することで, surface interface に several の different なる Hf シリサイをド compounds formed することが points かってきた. これに acid molecule (O2) を exposure, exposure しながら surface interface にある full ての atomic の radiation light electronic スペクトル (SR - XPS) を system に determination し, parse することで, with じ Hf シリサイド chemical state であってもそれが surface もしくは interface position にするかによって O2 との anti に応 sex きな Contrary to the law: があるがあるとが Ming らとなったとなった. Special に Hf の accumulated film thickness が Si (111) - 7 x7 substrate に 0.5 atomic layer (ML) is の occasions, surface に Hf モノシリサイド (HfSi) の quasi stable tectonic をし, only かな quantity の O2 を exposure するだけですぐさま acidification し, saturated した. I 々は, quasi stable tectonic として Hf がの Si rest - 7 x7 surface atom および Si adatom on the straight に sorption し, 6 member を ring structure formed したと speculation した. Acidification anti 応は, この quasi stable structure by the week 辺で bureau に for するため, Hf の acidification condition はシリケートの 3 価までし, fixed the した. Party, Hf accumulation film を 2 ML quite で cropping した sample では, O2 にし seaborne て surface にある metal Hf high layer がい anti 応 sex を shown すが, HfSi はに interface field exist するため, hand movement エネルギー (E = 2.2 EV) を hold った acid molecule ビームを irradiation することで a acidification させることができた. また, Hf accumulation film を 6 ML quite accumulation させた sample では, acid molecule が interface area まで reach しないので HfSi は not reverse 応だった. Party で, substrate から Si atoms が surface まで company し, これが O2 と anti 応してをに SiO2 layer formation on the surface of most することも points かった. このように Hf - Si interface はの surface film thickness に in らず high O2 とい anti 応 sex を shown すが, anti 応や products は different なる. Surface interface を understand し応 element process, using できれば Si substrate に atomic スケールで chemical state や tectonic を suppression したを HfO2 accumulation membrane formation できる possibility がある.