ブリスタリングによる応力変調を利用した局所シリコン酸化の観察

Local oxidation induced by inhomogeneous stress on the blistered Si surface

五十嵐 慎一*; 板倉 明子*; 北島 正弘*; 中野 伸祐*; 武藤 俊介*; 田辺 哲朗*; 山本 博之; 北條 喜一

Igarashi, Shinichi*; Itakura, Akiko*; Kitajima, Masahiro*; Nakano, Shinsuke*; Muto, Shunsuke*; Tanabe, Tetsuo*; Yamamoto, Hiroyuki; Hojo, Kiichi

材料表面に対し局所的な応力が加えられた場合、気体の吸着構造やその特性に変化が生じ、それとともに表面原子との反応性が変化する可能性が示唆されている。この現象を利用し、表面に意図的な応力変化を生じさせることにより、種々の領域において反応性の異なる表面を得ること、すなわち二次元パターニングの可能性が期待できる。ブリスターはガスイオン照射による表面のふくれであり、局所的な応力分布を生み出すと考えられる。本研究ではSi(100)表面に水素イオンを照射し、数ミクロン程度のブリスターを形成させ、その後大気暴露により表面を酸化させた。オージェ電子顕微鏡により、平坦な領域に比べ、ブリスターの周縁部で高い酸素強度が、またブリスター頂上部で低い強度が見られた。有限要素法によるブリスターの応力分布の計算から、周縁部では圧縮応力、頂上部では引っ張り応力が印加されており、得られた酸素の分布はこの応力分布と一致している。これらの結果は、応力による反応性の違いを反映した酸素パターニングが可能であることを示している。

Surface stress can be utilized positively in modifying the surface reaction potential and increasing the surface reactivity. Blister is a local protrusion of solid surface induced by gas ion irradiation, and is considered to create local stress on surface layers. Si(100) substrate was irradiated with 10 keV H (fluence; 110 ions/m) at an angle of 30 to the surface normal. The blisters of several m in diameter at the bottom were formed. After the ion irradiation, the substrate was oxidized. By means of scanning Auger microscopy, we observed that the rims of the blisters have higher oxygen intensities than the flat surfaces and the tops have lower than the flats. The calculated stress distribution of the blister shows that the surface layers should be stretched laterally at the top of blisters and are compressed at the rim, relative to the flat surfaces. The O distribution clearly consists with the stress distribution of the surface. Our results demonstrate a patterned oxidation of Si surface applying its reactivity depending on the surface stress.