ハフニウムが吸着したSi(111)基板の局所/全域で進行する酸化反応機構; Hfの蒸着量に依存した表面界面酸化状態の違い

Oxidation mechanism proceeding at local/entire area of hafnium absorbed Si(111)

垣内 拓大*; 津田 泰孝   ; 吉越 章隆 

Kakiuchi, Takuhiro*; Tsuda, Yasutaka; Yoshigoe, Akitaka

HfOは、Si半導体デバイスの高誘電率ゲート絶縁膜材料として注目を集めている。本研究では、約0.5、2.0MLの異なる量のHfが吸着したSi(111)上にOガス曝露(並進エネルギー:0.03eV)および超音速O分子線(並進エネルギー:0.39、2.2eV)によって酸化した試料のHf4f, Si2p, O1s光電子スペクトルで調べた。0.5MLの低被服率では、HfがSi(111)-77上のrest-atomやadatom上に吸着して特異な局所構造(hexagonal structure)を形成し、その周辺でのみ酸化が進行しHfシリケートまでとなる。一方、2.0MLでは、酸化反応が表面金属Hf層全域で速やかに進行するため、Hfシリケートまで生成すると考えられる。

HfO has attracted much attention as a high-k gate dielectric material for Si semiconductor devices. In this study, oxidation by O gas exposure (Et: 0.03 eV) and supersonic O molecular beams (Et: 0.39, 2.2 eV) on Si(111) with different amounts of Hf adsorbed at about 0.5 and 2.0 ML were observed and analyzed by Hf4f, Si2p and O1s photoelectron spectroscopy. At low coverage of 0.5 ML, Hf adsorbs on rest-atoms and adatoms on Si(111)-77 to form a peculiar local structure (hexagonal structure), around which oxidation proceeds only to Hf silicate. At 2.0 ML, on the other hand, the oxidation reaction proceeds rapidly over the entire surface metal Hf layer and is considered to produce up to Hf silicate.