Si(111)表面構造変化時における面内ストレスその場観察

In-situ measurement of stress during Si(111) surface structure change

魚住 雄輝; 朝岡 秀人  

Uozumi, Yuki; Asaoka, Hidehito

真空中でSi(111)表面の不純物を除去すると理想のバルク表面構造(11構造)に対して7倍の周期構造(77構造)を形成する。バルクと表面の構造差から77面内にストレスが発生することはVanderbiltの理論計算で明らかにされているものの、その実証報告例は少なく、半導体デバイスに実装されるSi基板のストレスに関する知見は理論計算に基づいて検討されているのが実情である。今回、Si(111)表面の構造変化時における面内ストレスを計測し、理論計算との整合性を評価した。基板調整:Si(111)基板に水素終端処理を施すことで理想バルク表面を模擬したH-Si(111)11構造を作製した。また、表面処理したSi(111)基板を真空中で加熱することによりSi(111)77構造を作製した。実験1: Si(111)77, H-Si(111)11へのGe成長時における水素脱離過程のストレスその場観察を実施した結果、両基板上にGe(111)55構造が形成され、膜厚に比例して増加する圧縮ストレスを捉えた。両者の比較により77構造と11構造のストレス差(1.6N/m)を実験的に観測することに成功した。実験2: Si(111)77基板に原子状水素を照射した結果、表面構造はH-Si(111)11へと変化し、水素吸着により表面ストレスが1.7N/m緩和する様子を捉えた。実験1、2の結果と計算値1.66N/mは良い一致を示し、真空中に存在する77構造内のストレスを初めて計測することに成功した。

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