シリコン初期酸化表面の非接触原子間力顕微鏡による酸素とシリコンの原子分解能識別

使用非接触式原子力显微镜在早期氧化硅表面上进行氧和硅的原子分辨率识别

基本信息

批准号：
15710077
负责人：
西竜治
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体の微細加工技術が進みますますデバイスの微細化が進んでいる。ゲート酸化膜として非常に薄いシリコン酸化膜が用いられており、原子レベルでの酸化機構解明が重要視されるようになっている。電気的特性や平坦性などの特性を向上させるために、初期酸化過程機構の解明の重要性が高まっている。しかし、シリコン上の初期酸化については様々な方法で研究されてきたにもかかわらず、その酸化過程については完全に明らかになっていない。この研究では、非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)を用いて、シリコン表面上に吸着した酸素を観察し、シリコン原子との識別の研究を行った。観察像からシリコンの初期酸化構造についてのモデルについて示した。測定条件は、Si(111)7×7再構成表面に室温で酸素を0.05L〜0.2L暴露し、室温にてNC-AFM観察した。これにより酸素の初期吸着構造について以下のような知見を得た。(1)NC-AFM観測では酸素吸着した場所はシリコンアドアトムより高く観測される。(2)Si(111)7×7のFaulted HalfとUnfaulted Halfに吸着する比は約2.3であり、STMの結果とほぼ一致した。また、Corner AdatomとCenter Adatom位置に吸着する比は等しいがSTMの場合はCorner Adatomの方がやや多い。これはSTMでは吸着位置に暗点と輝点の両方の場合があり、混同している可能性があるためと考えられる。(3)吸着位置での高さは、0.6Å前後の多数の輝点と2Å程度の少数な輝点とに分類される。酸素分子が解離するといわれる350度のアニール後の表面では2Å程度の輝点は見られなくなったことから、0.6Å前後の輝点は酸素分子が原子状に解離し、シリコン同士の結合を切り、酸素原子が潜り込んだ構造が支配的であることがわかった。

随着半导体微加工技术的进步，设备变得越来越小型化。非常薄的氧化硅膜被用作栅极氧化膜，并且在原子水平上阐明氧化机制变得很重要。为了提高电性能和平整度等性能，阐明初始氧化过程的机理变得越来越重要。然而，尽管已经使用各种方法研究了硅的初始氧化，但氧化过程并不完全清楚。在本研究中，我们使用非接触式原子力显微镜（NC-AFM）观察硅表面吸附的氧，并研究如何将其与硅原子区分开。根据观察到的图像提出了硅初始氧化结构的模型。测量条件为将Si(111)7×7重构表面在室温下暴露于0.05L至0.2L的氧气中，并在室温下进行NC-AFM观察。结果，我们获得了以下关于氧的初始吸附结构的知识。 (1)在NC-AFM观察中，观察到氧吸附区域高于硅原子。 (2)Si(111)7×7断层半与无断层的吸附比约为2.3,与STM结果基本一致。另外，虽然Corner Adamom和Center Adamom位置的吸附比率相同，但在STM的情况下，Corner Adamom的吸附比率稍高。这被认为是因为在STM中，吸附位置同时存在暗点和亮点，并且它们可能被混淆。 (3)吸附位置的高度分为0.6 Å左右的大量亮点和2 Å左右的少量亮点。在 350 度（据称氧分子会解离）退火后，表面上不再可见约 2 Å 左右的亮点，因此约 0.6 Å 左右的亮点是由氧分子解离成原子并破坏有机硅之间的键造成的。结果发现，嵌入氧原子的结构占主导地位。