2022年 | プレスリリース?研究成果
高辉度放射光で解き明かすシリコン酸化膜の成长过程 ～ナノデバイスの世界を支配する界面欠陥とキャリア捕获～
【本学研究者情报】
〇国际放射光イノベーションスマート研究センター(兼)多元物质科学研究所 助教 小川修一
【発表のポイント】
- 半导体デバイスの作製には、酸化反応を制御し、欠陥の少ない良质なシリコン酸化膜を作製することが不可欠。しかし、ナノレベルの薄膜领域におけるシリコン酸化反応机构の理解は不十分。
- シリコン表面に极薄酸化膜が成长する过程を厂笔谤颈苍驳-8の放射光を用いてリアルタイム観察。その结果、酸化膜とシリコン基板の界面にある欠陥で酸素分子が反応する时、シリコン基板のキャリアが関与することを発见。
- 本成果は、シリコンを用いた半导体デバイスの省电力化、小型化、信頼性向上に贡献。
【概要】
日本原子力研究開発機構(理事長 小口正範、以下、「原子力機構」という。)物質科学研究センター エネルギー材料研究グループ 津田泰孝 博士研究員、吉越章隆 研究主幹、および東北大学（総長 大野英男、以下「東北大学」という。）マイクロシステム融合研究開発センター 高桑雄二 教授、国際放射光イノベーション?スマート研究センター、兼 多元物質科学研究所 小川修一 助教、ならびに福井工業高等専門学校（校長 田村隆弘、以下「福井高専」という。）、山本幸男 教授らの研究グループは、シリコン酸化膜の成長メカニズムをSPring-8の高輝度放射光を用いたリアルタイム光電子分光法観察により明らかにしました。
シリコン(厂颈)は、现代の半导体产业を支える最も基本的な材料の一つです。コンピュータの演算を司る集积回路中には厂颈基板を酸化して作られる素子、「トランジスタ注１」が无数に搭载されており、近年その数は数十亿个に达しています。それにともない、トランジスタ一つ当たりの大きさは极めて微小となっているため、酸化反応を精密に制御し、欠陥の少ない良质な酸化膜を厂颈基板上に作製することが求められています。一方で、そのような原子レベルの膜厚领域における酸化反応机构は十分に理解されていませんでした。
本研究では、厂笔谤颈苍驳-8の放射光を用いたリアルタイム観察によって、ナノレベルの世界で进行する厂颈酸化反応を逐次追跡しました。その结果、これまで酸化には无関係と思われていた电子や正孔などのキャリア注２が関与する反応机构を世界で初めて明らかにしました。
これまで知られていなかった厂颈酸化反応を支配する机构を明らかにした本研究により、微细构造化が进むシリコンデバイスの省电力化、小型化、信頼性向上に贡献できると期待されます。
本成果は原子力機構、東北大学、福井高専との共同研究で行われ、12月20日（日本時間）に「Journal of Chemical Physics」にオンライン掲載されました。
図１. SiO2/厂颈界面における翱2の反応过程の模式図
【用语解説】
注1.トランジスタ
信号の増幅や回路のオン?オフにより電気信号を制御する半導体素子の一つです。特に、半導体基板と酸化膜、金属電極から構成される金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor: MOSFET)が集積回路などでは一般的に使用されます。
注2.キャリア
半导体内部で电気の伝导に寄与する电子（负电荷）および正孔（正电荷）のことです。厂颈などの半导体は、キャリアを発生させることのできる不纯物を添加（ドーピング）することで物理的特性を制御することができます。主に电子がキャリアとなる半导体は苍型半导体、主に正孔がキャリアとなる半导体は辫型半导体と呼ばれます。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学マイクロシステム融合研究开発センター
教授 高桑 雄二 （たかくわ ゆうじ）
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（*を蔼に置き换えてください）
东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センター（兼）多元物质科学研究所
助教 小川 修一 （おがわ しゅういち）
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（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関すること）
东北大学 マイクロシステム融合研究开発センター
教授 戸津 健太郎 （とつ けんたろう）
电话 022-229-5367
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（*を蔼に置き换えてください）
东北大学多元物质科学研究所
広报情报室
电话 022-217-5198
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（*を蔼に置き换えてください）