Structure and stability of PrO/Si(001) heterostructures grown by molecular beam epitaxy using a high temperature effusion source

高温蒸着源を使った分子線エピタキシー法により成長したPrO/Si(001)ヘテロ構造の構造と安定性

Tinkham, B. P.*; 高橋 正光; Jenichen, B.*; 綿引 達郎*; Braun, W.*; Ploog, K. H.*

Tinkham, B. P.*; Takahashi, Masamitsu; Jenichen, B.*; Watahiki, Tatsuro*; Braun, W.*; Ploog, K. H.*

微小角入射X線回折とX線反射率法とを用いて、Si(001)上にエピタキシャル成長したPrO膜の構造を調べた。CMOS製造プロセスに関係する成長中・成長後・アニールの各過程での構造について報告する。高温蒸着源を用い、1970CでPrOをPrOに変換しつつ蒸着させた。蒸着直後の膜には、PrOの二つの相と、Si界面に生成した珪酸化物の層が認められた。立方晶PrOは、単結晶として成長し、多結晶の六方晶PrOよりも量的には多かった。膜の結晶構造は800Cまでのアニールに対して安定で、800Cでは、PrOが減って珪酸化物が増加した。

The structure of epitaxially grown PrO on Si(001) has been investigated by grazing incidence X-ray diffraction and X-ray reflectivity. We report experimental results from measurements made in situ, after growth, and during annealing to determine the stability of PrO at temperatures relevant for complementary metal oxide semiconductor (CMOS) processing. PrO is evaporated and converted to PrO using an effusion source operating at 1970C. Two different phases of PrO have been identified in the as-grown films in addition to a silicate layer that forms upon nucleation at the Si interface. The cubic PrO nucleates as a single crystal and grows in greater proportion to the polycrystalline hexagonal PrO. The crystal structure of the as-grown film is stable during annealing up to about 800C at which point the PrO is consumed at the expense of the silicate phase.