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その場観察用X線光電子分光分析器の開発とシリコン酸化・窒化極薄膜の形成機構の解明

开发用于原位观察和阐明超薄氧化硅和氮化硅薄膜形成机制的X射线光电子能谱仪

基本信息

批准号：
01065003
负责人：
服部健雄
金额：
$ 153.6万
依托单位：
Musashi Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至 1991
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、シリコン表面の清浄化、SiO_2/Si界面および界面近傍の不完全構造に関して詳細な検討を行った後に、その結果に基づいてシリコンの初期酸化過程を詳細に調べた。先ず、清浄なシリコン表面の初期酸化過程を調べるために、シリコン表面を清浄化する方法の中で最もよく使用されている白木法について検討した。すなわち、白木法で清浄化したシリコン表面上に800℃において形成した膜厚1.5nmの熱酸化膜の不完全構造が最も少なくなる自然酸化膜の熱分解温度、自然酸化膜の形成条件を、角度分解X線光電子分光法および走査トンネル顕微鏡により調べた。その結果、白木法で清浄化したシリコン表面上に形成した熱酸化膜の膜質は、自然酸化膜を弗酸で除去後に形成した熱酸化膜の膜質に劣ることが明らかになった。次に、溶液中で形成される自然酸化膜の中のSiーH結合量を種々の溶液について調べた結果、硫酸過水中で形成した自然酸化膜中および界面のSiーH結合量が極めて少ないことをX線光電子分光法および赤外全反射吸収測定法により見出した。この自然酸化膜を基準試料として用いることにより、極薄酸化膜中および界面におけるSiーH結合量の定量的な検討が可能となった。さらに、白木法では原子レベルで平坦で清浄なシリコン表面を得にくいことから、弗化アンモニウム処理により得られる原子レベルで平坦な水素終端したシリコン(111)表面の初期酸化過程を調べた。高品質の極薄熱酸化膜を形成することを最終目標としているので、熱分解反応の起こりにくい133Paの酸素ガス中において光による局所加熱により300℃において初期酸化過程を調べた。その結果、酸化速度、シリコン原子と酸素原子からの光電子スペクトルの強度比から、1層のSiO_2膜の形成過程が4段階に分れることを発見した。水素終端した原子レベルで平坦なSi(111)面の初期窒化過程についても検討を行った。

This year, the surface cleaning of silicon, SiO_2/Si interface and incomplete structure near the interface were studied in detail, and the initial acidification process of silicon was carefully adjusted. In the process of initial acidification, the most important method of surface cleaning is to use the white wood method. The thermal decomposition temperature of the natural acidified film, the formation conditions of the natural acidified film, the angle resolution X-ray photoelectron spectroscopy, and the scanning electron microscopy were investigated. As a result, the white wood method is used to form a thermal acidified film on the surface, and the natural acidified film is removed to form a thermal acidified film. In addition, the Si H binding amount in the naturally acidified film formed in the solution was determined by X-ray photoelectron spectroscopy and total reflection absorption method. This natural acidified film is a reference material, and the quantitative analysis of Si ~ H binding in the ultra-thin acidified film is possible. In addition, the white wood method is used to adjust the initial acidification process of the flat surface. High quality extremely thin thermal acidizing film formation, final purpose, thermal decomposition reaction initiation, 133Pa acid deposition, local heating, 300℃ initial acidizing process The results show that the acidification rate, the intensity ratio of photoelectron emission and the formation process of SiO_2 film with one layer are divided into four stages. The initial phase of the Si(111) plane is discussed in detail.