Understanding and control of silicon surface oxidation by supersonic molecular beams and synchrotron radiation real-time photoelectron spectroscopy

超声分子束和同步辐射实时光电子能谱理解和控制硅表面氧化

• 批准号: 20K05338
• 负责人: 吉越 章隆
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05338/
• 关键词: シリコン; 表面酸化; 酸素; 吸着反応; その場観察; 放射光; 光電子分光; 表面反応ダイナミクス; Si表面; 酸化; 酸素および酸化剤; 放射光軟X線分光; リアルタイム観察; シリコン酸化; 吸着状態

IoTやAIデバイスを活用したSociety5.0社会の実現のために情報通信機器の小型、高性能、省電力化は必須である。高機能電子デバイス機器を支える基本素子である電界効果型トランジスター(MOS-FET)には、シリコンの酸化絶縁膜が利用されており、その膜厚は原子数層となっている。その実現には、原子レベルで酸化反応を理解および制御することが不可欠である。本研究では、放射光表面分析と超音速酸素分子線を組み合わせてシリコン表面酸化の理解と制御を目指す。具体的には、酸素分子の並進エネルギーや酸素ガスによる酸化条件毎の生成酸化物をSPring-8の軟X線放射光光電子分光によって捉える。並進エネルギーによって酸素分子の解離吸着反応経路を変え、吸着状態や酸化物の違いから効率的な酸化膜形成や高品質酸化膜作成に必要なプロセス条件を探索する。令和4年度では、放射光軟X線リアルタイム光電子分光を使って、酸素ガスによるシリコン表面酸化（ドライ酸化）の酸化速度、酸化価数の温度、圧力、不純物（n型,p型）依存性を中心に測定し、表面吸着状態や界面歪と電子状態の関係を詳細に調べた。酸化に伴い酸化膜とシリコン基板界面で生じる放出シリコン原子と生成する欠陥が、酸化反応サイトとしてどのように機能するのかに注目して詳細に調べた。また、入射酸素分子の並進エネルギーによって分子状吸着酸素の生成を制御して、欠陥サイトとの反応を調べた。数百本におよぶ光電子スペクトルの精密高速解析に必要なプログラム開発を進めるとともに、金属材料などの酸化反応実験を並行して進めシリコン酸化反応との差異を通じて表面酸化反応の統一的理解に取り組み、論文等の成果の発表を進めた。

IoT や AI デ バ イ ス を use し た の Society5.0 society be presently の た め に intelligence communication machine の power of small, high performance, province は must で あ る. High performance electronic デ バ イ ス machine with を え る basic element child で あ る electricity industry working fruit ト ラ ン ジ ス タ ー (MOS FET) に は, シ リ コ ン の が acidification never try membrane using さ れ て お り, そ の film thickness は atomic layers と な っ て い る. そ の be presently に は, atomic レ ベ ル で acidification anti 応 を understand お よ び suppression す る こ と が not owe で あ る. In this study, で で, radiation surface analysis と, supersonic acid molecule line を group み and わせてシリコ <s:1> surface acidification <s:1> were conducted to understand と control を objective す. Specific に は, acid molecule の hand エ ネ ル ギ ー や acid element ガ ス に よ る acidification condition in their の generated acidification content を SPring - 8 の soft X-ray radiation light electronic spectral に よ っ て catch え る. Hand エ ネ ル ギ ー に よ っ て acid molecule sorption の dissociation against 応 を 経 road - え, sorption state which や acidification の い か ら sharper rate な acidification of film forming や high-quality acidification film made necessary な に プ ロ セ ス conditions を す る. Make and 4 year で は, radiation light soft X-ray リ ア ル タ イ ム photoelectron spectroscopic を make っ て, acid ガ ス に よ る シ リ コ ン surface acidification (ド ラ イ acidification) の acidification speed, temperature, pressure, number of acidification 価 の impurity (n, p) dependence を center し, surface sorption に measurement や interface slanting と electronic state の masato is detailed に を adjustable べ た. Acidification に with い acidification membrane と シ リ コ ン substrate interface で raw じ る release シ リ コ ン atoms と す る owe 陥 が, acidification 応 サ イ ト と し て ど の よ う に function す る の か に attention し て detailed に adjustable べ た. ま た, incident acid molecule の hand エ ネ ル ギ ー に よ っ て molecular shape element の sorption acid generated を suppression し て, owe 陥 サ イ ト と の anti 応 を adjustable べ た. Hundreds of this に お よ ぶ photoelectron ス ペ ク ト ル の precision high-speed analytical に necessary な プ ロ グ ラ ム open 発 を into め る と と も に, metal materials な ど の acidification anti 応 be 験 を parallel し て in め シ リ コ ン acidification anti 応 と の differences を tong じ て surface acidification anti 応 の unified understanding に み り group, paper etc. の results の 発 table を into め た.

项目成果

Impact of nitridation on the reliability of 4H-SiC(11-20) MOS devices

氮化对4H-SiC(11-20) MOS器件可靠性的影响

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac5ace
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: T. Nakanuma;T. Kobayashi;T. Hosoi;M. Sometani;M. Okamoto;A. Yoshigoe;T. Shimura and H. Watanabe
• 通讯作者: T. Shimura and H. Watanabe

表面反応観察における大気圧光電子分光の現状，利用研究と展望

常压光电子能谱表面反应观测现状、应用研究及展望

• 发表时间: 2022
• 期刊: 放射光
• 作者: 髙桑雄二;小川修一;吉越 章隆
• 通讯作者: 吉越 章隆

酸素及び水素熱処理によるスパッタ成膜SiO2/GaN MOS構造の界面特性及び絶縁性向上

氧氢热处理改善溅射沉积SiO2/GaN MOS结构的界面性能和绝缘性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 大西健太郎;小林拓真;溝端秀聡;野﨑幹人;吉越章隆;志村考功;渡部平司
• 通讯作者: 渡部平司

光電子ホログラフィーを用いたSi(111)-7×7 表面の初期酸化構造解析

利用光电子全息技术分析Si(111)-7×7表面的初始氧化结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 竹内走一郎;古賀峻丞;田中晶貴;孫澤旭;津田泰孝;小川修一;髙桑雄二;室隆桂之;橋本由介;吉越章隆;松下智裕
• 通讯作者: 松下智裕

酸化ガス照射下でのXPSによるGaN表面化学状態の動的その場観察

氧化气体辐照下XPS动态原位观察GaN表面化学态

• 发表时间: 2021
• 作者: 角谷正友;津田泰孝;坂本徹哉;隅田真人;Sang Liwen;原田善之;冨永亜希;吉越 章隆
• 通讯作者: 吉越 章隆