原子像実空間観察を用いた酸素フリーGe表面創成型湿式洗浄プロセスの開発

利用实空间原子图像观察开发无氧Ge表面湿法清洗工艺

• 批准号: 19026008
• 负责人: 有馬 健太
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19026008/
• 关键词: ゲルマニウム基板; 走査型トンネル顕微鏡; 湿式洗浄; 表面不動態化; 表面原子構造; 原子間力顕微鏡; X 線光電子分光; ゲルマニウム基板; 走査型トンネル顕微鏡; 湿式洗浄; 表面不動態化; 表面原子構造; 原子間力顕微鏡; X 線光電子分光

次世代の高性能半導体デバイスを実現するために、シリコンと比して電子・ホール共に高い移動度を有するゲルマニウム(Ge)基板が注目されている。半導体デバイスの性能は、金属-酸化物-半導体構造中のゲート絶縁膜の電気的性質に大きく依存し、これはゲート絶縁膜形成直前に行われる半導体基板の湿式洗浄プロセスにより決定される。本研究では、搬送を含む雰囲気中の酸素濃度を精密に制御することにより、薬液と相互作用するGe特有の現象を原子像実空間観察により解明し、高信頼性ゲート絶縁膜形成に適合したGe表面湿式洗浄プロセスを開発することを目的とする。まず、有機溶媒による脱脂処理を施したGe(111)表面に対して、超高真空中で800℃30秒の熱処理を施し、原子レベルで平坦なステップ/テラス構造を作製した。次にUVオゾン処理により化学酸化膜を形成した。そして、化学酸化膜の除去と表面のCl終端化が期待できるHCl溶液中にGe試料を浸漬し、両者の相互作用や得られる表面構造の原子レベルでの解明を行った。その結果、余剰な自然酸化膜の無いCl終端表面を得るためには、HC1浸漬及びその後の搬送過程における不活性ガスによるパージ雰囲気(酸素ガスフリー)が必要不可欠であることをX線光電子分光により確認した。次に、HCl浸漬を経たGe(111)表面を原子間力顕微鏡観察し、(1)ステップ/テラス構造が維持されていること(2)ステップ段差が二原子分(バイレイヤー高さ)であるごとを確認し、表面の大部分においてC1終端化された1×1構造が形成されていると結論付けた。また、走査型トンネル顕微鏡による高分解能観察を行い、局所的には原子レベルの輝点や、60°〜90°を成すステップ端らしき構造が観察されているが、10nm^2オーダー以上の広いテラスは観察できず、原子スケールでのマイクロラフネスは依然として大きいことを確認した。

为了实现下一代高性能的半导体设备，在电子和孔中具有比硅的迁移率更高的锗（GE）底物吸引了人们的注意。半导体装置的性能在很大程度上取决于金属 - 氧化物 - 轴向导体结构中栅极绝缘膜的电性能，该特性取决于在栅极绝缘膜形成之前进行的半导体底物的湿清洁过程。这项研究旨在准确控制大气中的氧气浓度，包括运输，并通过观察原子图像实时空间与化学液体相互作用的GE与化学液体相互作用的现象，并开发湿型GE表面清洁过程，适合于形成高度可靠的闸门隔离膜。首先，用有机溶剂脱胶的GE表面在800°C的超高真空中进行热处理30秒，以在原子水平上产生平坦的步骤/露台结构。接下来，通过UV臭氧处理形成化学氧化物膜。然后将GE样品浸入HCL溶液中，该溶液可以预期去除化学氧化物膜和表面的Cl终止，并且两者之间的相互作用与所得的表面结构在原子水平上阐明。结果，通过X射线光电子光谱证实，为了获得没有过量的天然氧化物膜的Cl端端表面，在HC1浸入和随后的运输过程中，具有惰性气体的清除大气（不含氧气）是必不可少的。接下来，在原子力显微镜下观察到了经历了HCl浸泡的GE（111）的表面，并且（1）维持步骤/露台结构，并且（2）步骤差为二离子（Bi-layer高度），并得出结论认为，C1端端的1×1结构在大多数表面上形成了1×1结构。此外，使用扫描隧道显微镜进行了高分辨率观察，尽管在本地，在原子能水平上的亮点和似乎是步进边缘的结构，该结构是60°至90°，但可以证实，在10 nm^2上方的宽度范围内，无法观察到该尺寸的宽度，并且仍然很大。