シリコン半導体プロセスにおける超熱原子状酸素ビームの適用とその反応過程の解明

超热原子氧束在硅半导体工艺中的应用及其反应过程的阐明

• 批准号: 00J01297
• 负责人: 木之下 博
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kobe University (2002)Osaka University (2000-2001)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J01297/
• 关键词: シリコン基板; シリコン半導体プロセス; 超熱原子状酸素ビーム; 酸化; エッチング; 反応過程; 低地球軌道環境; レーザーデトネーション型原子状酸素ビーム源

水素終端Si(001)に超熱酸素原子ビーム(平均並進エネルギー5eV)の照射を行い、基板温度300℃以下の低基板温度でも5nm以上の膜厚の酸化膜が成長することが明らかにした。Siの酸化速度、飽和酸化膜厚は原子状酸素の並進運動エネルギー、フラックスに依存することがわかった。並進運動エネルギーに関しては酸化初期段階に、フラックスに関しては後期段階において特にその依存性が確認された。超熱酸素原子ビームのもつ並進エネルギーが衝突によって表面に付与される割合は約80%以上であることを明らかにした。入射並進エネルギーが5eVであることを考えると、表面に付与されるエネルギーは非常に高い値であり、このことによって酸化種の反応・拡散が促進されたと思われる。さらに原子状酸素ビームを照射した際のSiO_2成長曲線から、Siの酸化は大別して2段階の拡散プロセスで進行することが示され、これは原子状酸素の照射により表面温度が上昇することで、膜厚が小さい領域において拡散が促進され、膜厚が大きくなるにつれてその効果が小さくなったためと考えられる。またAFMを用いたモフォロジー観察により、原子状酸素ビームで形成されたSi酸化膜の表面(R_a=0.04nm)および界面(R_a=0.2nm)が極めて平坦に保たれていることを確認した。これにより超熱酸素原子ビームによって作製されたSi酸化膜は界面準位の少ない良好な電気特性をもつSiデバイスに適した特性であると推測される。

During irradiation of Si(001) super-thermal acid atoms (average temperature of 5eV), the growth of acidified films with film thickness of 5nm or more at substrate temperatures below 300℃ is observed. The acidification rate of Si and the saturated acidification film thickness are dependent on the continuous movement of atomic acids and the porosity. The relationship between the initial stage of acidification and the later stage of acidification is confirmed Superheating acid atom is divided into two parts, namely, the surface and the surface, and about 80% of the surface is divided into two parts. The incidence rate is 5eV, and the surface rate is very high. The growth curve of SiO_2 under atomic acid irradiation, the acidification of Si and the dispersion of SiO_2 in the two-step range are shown. The surface temperature of SiO_2 under atomic acid irradiation increases. The dispersion of SiO_2 is promoted in the small area of film thickness, and the dispersion of SiO_2 is promoted in the large area of film thickness. AFM was used to observe the surface of the silicon acid film (R_a=0.04nm) and the interface (R_a=0.2nm). This is because the Si oxide film has good electrical properties at the interface alignment and suitable properties.

项目成果

田川雅人: "超熱原子状酸素ビームによる宇宙環境シミュレーションと固体表面改質への応用"日本真空協会関西支部平成12年度第2回研究例会資料. 21-28 (2000)

田川正人：《利用超热原子氧束进行空间环境模拟及其在固体表面改性中的应用》日本真空协会关西分会2000年第2次研究例会资料.21-28(2000)

Tagawa M.: "Volume diffusion of atomic oxygen in a-SiO_2 protective coating"High Performance Polymers. Vol.39, No.2A. L110-L112 (2000)

Takawa M.：“a-SiO_2 保护涂层中原子氧的体积扩散”高性能聚合物。

Tagawa M.: "Oxidation properties of hydrogen-terminated Si (001) surfaces following use of a hyperthermal broad atomic oxygen beam at low temperatures"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.40, No.10. 6152-6156 (2001)

Takawa M.：“在低温下使用超高温宽原子氧束后氢封端的 Si (001) 表面的氧化特性”《日本应用物理学杂志》。