【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.23】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23NU0206

利用課題名 / Title

極薄酸化膜上への高密度ナノドットの一括形成と化学構造評価

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,電子線リソグラフィ/ EB lithography,電子顕微鏡/ Electronic microscope,X線回折/ X-ray diffraction,電子分光/ Electron spectroscopy,量子効果/ Quantum effect,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

高瀬 浩一

所属名 / Affiliation

日本大学理工学部物理学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

牧原 克典,今井 友貴,斎藤 陽斗,辻 綾哉,ペク ジョンウン

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

加藤 剛志,大島 大輝

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-203：薄膜X線回折装置
NU-224：電子ビーム蒸着装置
NU-227：走査型電子顕微鏡
NU-207：X線光電子分光装置
NU-206：電子線露光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

SiH₄ガスの減圧化学気相堆積(LPCVD)による極薄SiO₂上へのSi量子ドット自己組織化形成では、LPCVD直前の希釈HF処理によりSiO₂表面をOH終端することで、半球状のSi量子ドットが高密度・一括形成(~10¹¹cm^-2)できる。本研究では、SiO₂ライン&スペース幅がSi量子ドット自己組織化形成に及ぼす影響を調べた。

実験 / Experimental

n-Si(100)基板上に1000ºCドライ熱酸化により膜厚~3.0nmのSiO₂膜を形成後、電子線リソグラフィーおよびドライエッチングにより、ライン幅20~80nm、スペース幅100および50nmのSiO₂ラインパターンを形成した。その後、0.1%希釈HF処理を行うことで、SiO₂ライン表面をOH終端、Siスペース表面をH終端した後、800ºC熱酸化することでSiスペース表面をO終端とした。この時、SiO₂ライン表面のOH終端は安定に保持されている。その後、pure-SiH₄を用いたLPCVDによりSi量子ドットの自己組織化形成を行った。SiH₄時における基板温度、ガス圧力、堆積時間は600ºC、100Pa、150secで一定とした。

結果と考察 / Results and Discussion

SiO₂ライン&スペースパターン上にSiH₄-LPCVDを行った場合、SiO₂ライン上にのみにSi量子ドットの形成が認められる。スペース幅~100nm、ライン幅~80および~50nmのパターンではライン幅よりも小さな半球状のSi量子ドットの形成が認められるが、ライン幅~35nm以下ではSi量子ドットが一次元配列形成していることが分かった。SEM像からライン方向および幅方向のドット直径を算出し、それらの分布の半値幅をライン幅でまとめた結果、ライン幅~30nm以下ではSi量子ドットの形状が楕円状であり、ライン幅方向の成長が顕著であった。スペース幅~50nmにおいても、ライン幅~50nm以上では半球状のドットが形成され、ライン幅を~30nm以下に狭細化した場合、楕円状のドット形成が認められるものの、ライン幅方向の半値幅の増加がスペース幅~100nmに比べ抑制されている。特に、ライン幅~25nmでは、ライン方向および幅方向の半値幅が同程度となり、さらに狭細化した場合には再度ライン幅方向の半値幅の増大が顕著になる。スペース幅~50nmでは、隣接ライン上のドット間距離が狭まることで、幅方向のドットの成長が律速された結果、均一サイズの楕円状Si量子ドットが形成されると解釈できる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Seiichi Miyazaki, (Invited) Formation and Characterization of Fe-Silicide Nanodots for Optoelectronic Application, ECS Transactions, 112, 131-137(2023).
   DOI: https://doi.org/10.1149/11201.0131ecst
   
2. Yuki Imai, Alignment control of self-assembling Si quantum dots, Materials Science in Semiconductor Processing, 162, 107526(2023).
   DOI: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107526
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 白 鍾銀、今井 友貴、辻 綾哉、牧原 克典、宮﨑 誠一、「熱酸化SiO2上へ自己組織化形成したSi量子ドットの成長機構」、20a-B202-7、2023年 第84回応用物理学会秋季学術講演会 (熊本城ホールほか3会場、熊本、2023年9月19日-23日)
2. 辻 綾哉、今井 友貴、白 鍾銀、牧原 克典、宮﨑 誠一、「極細SiO2 ラインパターン上へのSi 量子ドットの自己組織化形成」、20a-B202-8、2023年 第84回応用物理学会秋季学術講演会 (熊本城ホールほか3会場、熊本、2023年9月19日-23日)
3. 今井 友貴、牧原 克典、山本 裕司、Wen Wei-Chen、Schubert Markus Andreas、白 鍾銀、辻 綾哉、宮﨑 誠一、「一次元縦積み連結Si量子ドットの形成と局所帯電特性評価」、20a-B202-9、2023年 第84回応用物理学会秋季学術講演会 (熊本城ホールほか3会場、熊本、2023年9月19日-23日)
4. 斎藤 陽斗、牧原 克典、谷田 駿、田岡 紀之、宮﨑 誠一、「FeナノドットへのSiH4照射がシリサイド化反応に及ぼす影響」、信学技報, vol. 123, no. 89, SDM2023-30, pp. 11-14、電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス研究会（SDM）「MOSデバイス・メモリ・パワーデバイス高性能化－材料・プロセス技術」（広島大学 ナノデバイス研究所、広島、2023年9月20日）
5. 今井友貴、牧原克典、山本裕司、Wen Wei-Chen, Schubert Andreas Markus、白鍾銀、辻綾哉、宮﨑誠一、「一次元連結 Si 量子ドットの高密度・一括形成と局所帯電特性評価」、P27、第10回応用物理学会名古屋大学スチューデントチャプター東海地区学術講演会 応用物理学会名古屋大学スチューデントチャプター（名古屋大学 VBL、愛知、2023年11月3日）
6. 今井友貴、牧原克典、山本裕司、Wen Wei-Chen、Schubert Andreas Markus、白鍾銀、辻綾哉、宮﨑誠一、「一次元連結・高密度Si量子ドットの形成と局所帯電特性評価」、10(44)、第29回 電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―（東レ総合研修センター、静岡、2024年2月1日-2日）
7. 白鍾銀、今井友貴、辻綾哉、牧原克典、宮﨑誠一、「極薄熱酸化SiO2上に自己組織化形成したSi量子ドットの形成機構」、11(45)、第29回 電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―（東レ総合研修センター、静岡、2024年2月1日-2日）
8. ⽩鍾銀、辻綾哉、今井友貴、牧原克典、宮﨑誠⼀、「SiO2ラインパターン上へのSi量⼦ドットの⾃⼰組織化形成ｰラインおよびスペース幅依存性」、25p-31B-4、第71回応用物理学会春季学術講演会（東京都市大学 世田谷キャンパス＆オンライン、2024年3月22日-25日）
9. 斎藤陽⽃、牧原克典、宮﨑誠⼀、「Feシリサイドコア/Siシェル量⼦ドットの形成と発光特性」、25p-31B-5、第71回応用物理学会春季学術講演会（東京都市大学 世田谷キャンパス＆オンライン、2024年3月22日-25日）

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件