リアルタイム光電子分光測定によるSi(110)-162初期酸化過程の観察,1

Observation of initial oxidation process on Si(110)-162 by real-time photoemission spectroscopy, 1

富樫 秀晃*; 加藤 篤*; 山本 喜久*; 今野 篤史*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 成田 克*

Togashi, Hideaki*; Kato, Atsushi*; Yamamoto, Yoshihisa*; Konno, Atsushi*; Suemitsu, Maki*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Narita, Yuzuru*

Si(110)面は正孔移動度がSi(100)面と比較して大きいため、より高速の電子デバイス動作が期待されている。また3次元フィン型トランジスタ構造に用いられる面方位として高集積化の観点からも有望視されている。しかし、デバイス作製の鍵を握る極薄酸化膜の初期形成過程は、これまでほとんど解明されて来なかった。今回われわれはリアルタイム放射光光電子分光法を用いてSi(110)-162清浄表面の初期酸化過程における酸化物被覆率の時間発展を観察した。その結果、例えば基板温度540C,酸素圧力1.110-5Paで酸化した際に、酸化開始直後に表面の数10パーセントが酸化される急速初期酸化過程が存在することを見いだした。このような急速初期酸化過程はSi(001)-21表面の初期酸化過程では見られないものであり、Si(110)-162再配列表面に周期的に存在するアドアトムクラスターと関連付けて理解される。たとえばpentagon-pair modelでは5個の原子から構成されるアドアトムクラスターが表面に0.25ML存在するとされており、今回得られた初期酸化被覆率と矛盾しない。

Initial oxidation processes of Si(110) surface have not been studied although they are important for the next generation device. Now we observed time evolution of oxygen coverage at the Si(110)-162 surface in the initial oxidation region by using real-time photoemission spectroscopy with synchrotron radiation. As a conclusion, rapid initial oxidation processes, in which several tens per cent of the surface was oxidized just after oxygen exposure, were found in experimental conditions of 813 K and oxygen pressure of 1.110 Pa. Such a rapid initial oxidation process has not been observed in the initial oxidation of Si(100)-21 surface. This phenomenon may be related with adatom clusters, which exist periodically on the Si(110)-162 surface. For example, An adatom cluster, which consists of five Si atoms, shares 0.25 ML on the Si(110)-162 reconstruction surface in the pentagon-pair model. This model consistents with the initial oxygen coverage obtained in this experiment.