Si(110)面上1原子層酸化膜の形成過程とその界面結合状態

Formation process of 1 ML oxide on Si(110) surface and development of interfacial bonding structures

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

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

非プレーナー型3D-CMOSデバイスの活性面として注目を集めるSi(110)表面の1原子層酸化膜の形成過程、及び、界面化学結合状態の時間発展をリアルタイム放射光光電子分光を用いて調べた。基板温度813K,酸素圧力1.110Paで酸化した場合のSi2p光電子スペクトルの酸化成分(Si:n=1-4)の時間発展を解析した。酸素暴露量30L付近までのSiの急成長は、Si(001)酸化と同様にSiを介した酸化反応経路の存在を示唆している。一方、Si(001)酸化と対照的に、1MLまで一貫してSiがSiよりも優勢であった。この特徴から反応機構を推測した。Si(110)面の第一層酸化が、(110)面内に密に並ぶ鎖状Si-Si結合(A結合)への酸素挿入と、(-110)面内のSi-Si結合(B結合)への酸素挿入から成り、A結合の酸化が酸化歪の蓄積によって部分的にしか行われないためと理解される。

Formation processes of one atomic oxide layer and time evolution of chemical bonding states at the interface were investigated by using real-time photoemission spectroscopy with synchrotron radiation. Time evolutions for oxide components (Si:n=1-4) of Si2p photoemission spectra, observed in the conditions of 813K substrate temperature and 1.110 Pa O pressure, were analyzed. Rapid increase of Si component until oxygen dose of 10 L indicates existance of a reaction path through the Si state. On the other hand, contrary to the Si(001) oxidation, the Si component was larger than the Si component during oxidation. Reaction mechanisms was considered from these facts. Oxygen insertion into chain-like Si-Si bonds densely existing on the (110) surface (A bond) and Si-Si bonds on the (-110) surface is an origin of the first layer oxidation at Si(110) surface. The A bonds may be oxidized partially due to storage of oxidation strains.