JP3050220B1

JP3050220B1 - 部分的に酸化されている表面を持つシリコン基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP3050220B1
Application number: JP11013134A
Authority: JP
Inventors: 毅宇田; 登志弘内山; 弘一加藤; 富博橋詰; 博司梶山
Original assignee: Toshiba Corp; Hitachi Ltd; Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Hitachi Ltd; Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2000-06-12
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: JP2000216071A

Abstract

【要約】【課題】シリコン（１００）面の２×１再構成表面上
に部分的に酸化されている導電性または絶縁性の原子細
線を有するシリコン基板を提供すること。【解決手段】走査型トンネル顕微鏡を用いて長さ１０
ナノメートルの未結合ボンドの原子細線を水素終端した
シリコン（１００）２×１表面の連続する３本のダイマ
ボンドのそれぞれの片側に未結合ボンドを形成した後、
室温で２００Ｌの酸素分子を照射し、ダイマ酸化構造が
組み合わさって形成されていた[１１０］方向に伸びる
絶縁された酸化領域を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子程度の幅および
長さで部分的に酸化されている表面を持つシリコン（１
００）面の２×１再構成表面あるいは１×１再構成表面
を持つシリコン基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子程度の幅の細線(以下原子細線と言
う)については、「アプライドフィジックスレター
ズ、１９９４年、第６４巻、２０１０頁から２０１２
頁」に詳しい。それによると、走査型型トンネル顕微鏡
を用いる原子操作によって、水素終端したシリコン（１
００）２×１再構成表面に未結合ボンドの原子細線がダ
イマ列に平行な方向に形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】原子細線を電気回路と
して使用するには、回路の信号強度の保持と回路間の混
線防止が不可欠である。そのために原子細線を、これが
配列された基板から、電気的に絶縁しなければならな
い。通常の電気回路の絶縁とは異なり、シリコン（１０
０）の２×１再構成表面に形成する原子細線の絶縁で
は、（１）電気回路を断線させない、（２）絶縁層が回
路と原子レベルで接していることが必要である。

【０００４】また、原子細線に限らず、原子レベルの構
造を基板上に形成するためには、原子レベル特有の工夫
が求められる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、水素原子または重水素原子で終端した
シリコン（１００）面の２×１再構成表面の未結合ボン
ドを有するダイマ構造のバックボンド又はダイマボン
ド、或いは、バックボンドおよびダイマボンド双方に酸
素原子を結合させて、未結合ボンドの直下の基板を酸化
して、該未結合ボンドを直下の基板から絶縁する。ある
いは１×１再構成表面のバックボンド一方又は双方に酸
素原子を結合させて、未結合ボンドの直下の基板を酸化
して、該未結合ボンドを直下の基板から絶縁する。ま
た、この構造を基礎として任意の構造物の基礎となる基
板を形成する。

【０００６】

【発明の実施の形態】シリコン表面を水素原子で終端し
ても、重水素原子で終端しても得られる構造は同じなの
で、以下水素原子で終端した場合について述べる。

【０００７】未結合ボンドは水素原子によって終端され
ないで残ったシリコン原子による未結合の電子軌道であ
る。ダイマシリコンのどちらか一方の未結合ボンドを孤
立未結合ボンド、ダイマシリコンの両方が共に終端され
ていない場合を未結合ボンド対と呼ぶ。未結合ボンド対
の電子状態はシリコン清浄表面のそれとほぼ同じで半導
体的な性質を示す。孤立未結合ボンドやそれが連続的に
並んでいる原子細線はシリコン清浄表面より酸素分子を
原子状の酸素に解離するための反応性が大きい。

【０００８】走査型トンネル顕微鏡をもちいて、終端し
ている水素原子を選択的に脱離させて孤立未結合ボンド
や未結合ボンド対の人為的な列配列を作ることが可能で
ある。このような未結合ボンド列が酸素分子と反応する
と、酸素分子が原子状の酸素に解離して、未結合ボンド
付近のダイマボンド又はバックボンド、あるいは、ダイ
マボンドおよびバックボンド双方に原子状の酸素が選択
的に結合するので、未結合ボンド直下の基板は酸化され
る。この反応は室温においても進行する。室温より高い
温度でこの反応を起こさせると、ダイマボンドとバック
ボンドの他に、さらにその下の階層のボンドも選択的に
酸化させることができる。この場合、基板表面の温度を
４００℃以下に保って水素原子を脱離させないことが重
要である。酸素原子は未結合ボンドには安定には吸着し
にくいので、未結合ボンド直下の基板が酸化された状態
になると、未結合ボンドから成る導電性の原子細線は絶
縁されている基板の上に配列された形となる。

【０００９】基板表面の温度が上がると未結合ボンド
が、基板表面を、主として、ダイマ列方向に拡散する現
象が有る。したがって、基板表面の一部に未結合ボンド
を形成した後、基板表面の温度を上昇させることによっ
て、基板表面が水素原子で終端されている絶縁性表面を
持つ基板を効率よく作製することが可能である。この場
合も、基板表面の温度を４００℃以下に保って水素原子
を脱離させないことが重要である。

【００１０】走査型トンネル顕微鏡を用いて、水素終端
されたシリコン表面の任意の場所の水素原子を選択的に
脱離させることができる。したがって、絶縁性の基板表
面における原子細線の形成場所を原子レベルで制御でき
る。このような方法で作製した構造は電荷を貯える機能
があるので、単一電子トランジスタ、酸化シリコンドッ
トメモリーへの応用が可能である。

【００１１】さらに、酸化表面と未酸化表面の化学反応
性の違いを利用したナノスケールでの結晶成長の制御が
可能である。前述したように、水素終端されたシリコン
表面の任意の場所の水素原子を選択的に脱離させること
ができるから、この未結合ボンドを利用して、一定の領
域の最表面のシリコン原子のダイマボンド及び／又はバ
ックボンドが酸化された構造として、原子レベルでのＳ
ＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）の作
製が可能である。酸化反応後の未結合ボンドは反応性が
あるが、水素原子または重水素原子で終端することで安
定化させることも可能である。酸化反応後のシリコン基
板を４００℃以上に加熱して表面に残っている水素原子
を完全にまたは部分的に脱離させた後に薄膜を成長させ
ることで、絶縁された基板の上にナノ構造を作製するこ
とが可能である。

【００１２】また、シリコン酸化物はおよそ７００℃以
上の温度で表面から脱離する。したがって、前述したよ
うに、一定の領域の最表面のシリコン原子のダイマボン
ド及び／又はバックボンドが酸化された構造とした後、
これをおよそ７００℃以上の温度で表面を熱処理するこ
とにより、酸化領域だけを除去することができる。この
ようにして得られた基板の表面構造は選択的な結晶成長
の基板として有用である。

【００１３】熱処理は通電加熱または輻射加熱でおこな
う。熱処理温度と通電加熱法によって、前記領域の構造
を変えることができる。通電加熱において、交流電流を
用いると前記構造は保存されるが、直流電流を用いると
前記構造が表面を移動してステップ付近に集まったり、
導電性の領域同士が結合して大きな導電性の領域に成長
するので、目的に応じて前記構造の大きさなどを調整で
きる。

【００１４】基板の酸化の基本構造の例図１から図３
に、本発明による基板の酸化の基本的な構造の例を示
す。最表面のシリコン原子１、第二層のシリコン原子２
から形成された２×１再構成表面の基本構造の酸化を説
明する図である。なお、以下の説明では、各構成要素に
割り付けた参照符号に、必要に応じて下付き文字を付し
て表示することにする。

【００１５】図１はダイマボンド５が酸素原子６で酸化
されている例であり、（Ａ）は（１００）表面から見た
図であり、［１１０］方向を矢印で示す。（ｂ）はこれ
を（Ａ）の右側面から見た図であり、［１バー１０］方
向、[１００] 方向を矢印で示す。（Ｃ）はこれを
（Ａ）の下側面から見た図であり、［１１０］方向、
[１００]方向を矢印で示す。

【００１６】最表面のシリコン原子１₁、１₂間のダイマ
ボンド５が酸素原子６で酸化されており、最表面のシリ
コン原子１₁には第二層のシリコン原子２が二つと水素
原子一つが結合し、最表面のシリコン原子１₂には第二
層のシリコン原子２が二つ結合して未結合ボンド４が露
出している構造である。ダイマボンド５は酸素原子６で
酸化されているが、最表面のシリコン原子１と第二層の
シリコン原子２を結合するバックボンド７は酸化されて
いない。酸素原子６は未結合ボンド４には吸着していな
い。ダイマボンド５はＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の応力で酸化
前のダイマボンドの長さより２０〜３０％伸びる。

【００１７】図２はバックボンド７が酸素原子６で酸化
されている例であり、図２（Ａ）−（Ｃ）はそれぞれ図
１のそれらと同じ関係である。

【００１８】最表面のシリコン原子１₁は水素原子３で
終端されているが、最表面のシリコン原子１₂は未結合
ボンド４を持っている。ダイマボンド５は酸化されてい
ないが、バックボンド７₃は酸素原子６で酸化されてい
る。バックボンド７₃の酸化によってダイマボンド５が
本来のダイマ列に垂直な方向からダイマ列に平行な方向
に少し歪んでいるとともに、バックボンド７₃も、図２
（Ｃ）に示すように、図１（Ｃ）に示した形からずれて
いる。図２（Ｃ）では、ダイマボンド５が歪むことによ
って、図１（Ｃ）では見えなかったシリコン原子１₁お
よび水素原子３が一部見えている。図２（Ｂ）で、バッ
クボンド７₄が酸素原子６で酸化されている様に見える
のは、酸化されたバックボンド７₃の酸素原子６が見え
ているからである。酸素原子６は未結合ボンド４には吸
着していない。

【００１９】図３はダイマボンド５とバックボンド７が
酸化しているいる例である。本図では、側面図の表示は
省略した。

【００２０】最表面のシリコン原子１₁は水素原子３で
終端されているが、最表面のシリコン１₂は未結合ボン
ド４を持っている。ダイマボンド５は酸素原子６₁で酸
化されている。バックボンド７₃は酸素原子６₂で酸化さ
れている。ダイマボンド５とバックボンド７₃はＳｉ−
Ｏ−Ｓｉ結合の応力で本来のダイマ列に垂直な方向から
歪んでいる。酸素原子６は未結合ボンド４には吸着して
いない。

【００２１】これらの基本構造が本発明の酸化構造のす
べてを示しているわけではなく、種々の変形がありうる
が、その説明は省略する。

【００２２】以下、このような酸化構造を持つ基板が、
選択的な結晶成長の基板、および、任意の構造物の基礎
となる基板、あるいは、原子細線を絶縁して保持する基
板として有用であることを説明する。

【００２３】図１で示したように、ダイマボンド５は酸
化によって伸びる。図２、図３で示したように酸化後の
ダイマボンド５は歪むが、２×１再構成表面の基本構造
は保持されている。また、酸素原子６は未結合ボンド４
には吸着しないので、未結合ボンドの一部の酸化により
未結合ボンド列の原子細線が電気的に断線することはな
い。さらに未結合ボンドの直下のボンドが酸化されてい
るので未結合ボンド列よりなる原子細線が、ダイマボン
ドまたはバックボンドの酸化により形成される絶縁膜に
原子レベルで基板上に保持されていることになる。

【００２４】図１から図３に示した基本構造の基板の作
成は、超高真空対応の走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）
に依った。ＳＴＭ槽および試料準備槽の到達真空度は４
×１０^-9Paである。Ｓｉ（１００）（ｐ型、０．０１０
〜O．０８５Ωｃｍ）試料は、ウエハを３ｍｍ×２０ｍ
ｍに切りだしてメチルアルコールにより拭いた後、タン
タル製の試料ホルダに取り付け超高真空中に導入した。
７００℃で１０時間加熱して脱ガスした後、真空度を２
×１０^-8Ｐａ以下に保つようにして通電加熱により１０
秒程度のアニーリングを繰り返しながら徐々に温度を上
げ、最終的には１２６０℃で１０秒程度のアニーリング
を数回行ないＳｉ（１００）−２×１清浄表面を得た。

【００２５】シリコン表面の不活性化処理は清浄シリコ
ン表面に原子状水素を照射して行なった。原子状水素の
試料への照射は、バリアブルリークバルブに直結した直
径４ｍｍのステンレスチューブ内に１０^-5から１０^-4Ｐ
ａの水素ガスを導入して、コイル状のタングステンフィ
ラメントにより水素分子を解離して試料に照射すること
で容易に行うことができる。照射する原子状水素の量
は、水素ガス量にほぼ比例するので、試料準備槽におけ
る水素分子の真空度により制御した。

【００２６】この例では、試料準備槽での真空度として
２×１０^-6Ｐａの水素ガスを導入しており、３×１０^-2
ＭＬ／ｓ（１ＭＬは理想バルク終端表面のシリコン原子
数で定義される。Ｓｉ（１００）面では６．７８×１０
¹⁴個／ｃｍ²である）程度の原子状水素を照射した。清
浄表面を通電加熱により３５０℃の一定温度に保ちなが
ら原子状水素を５〜１０分照射して、水素終端したシリ
コン（１００）−２×１表面を調整し、タングステンフ
ィラメントと通電加熱の電源を同時に停止することによ
り、その温度における表面状態をクエンチした。試料温
度は赤外放射温度計とステファン・ボルツマンの式を用
いる外挿法により推定した。室温に保たれた試料表面に
酸素分子を２００Ｌ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ：１Ｌ＝１×１
０^-6 Ｔｏｒｒｓ）照射した。

【００２７】得られた基板表面を高分解能のＳＴＭで観
察した結果、未結合ボンドサイトでの酸化構造はダイマ
ボンドまたはバックボンドが酸化しているものとダイマ
ボンドとバックボンドの双方が酸化しているものに分類
できた。

【００２８】実施例１図４（Ａ）に示すように、最表面のシリコン原子１、第
二層のシリコン原子２から形成された２×１再構成表面
に［１１０］方向に伸びる３個の未結合ボンド４による
原子細線を形成した例である。（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ
−Ａを結ぶ場所から矢印方向に見た時の構造を示す。
［１００］方向は試料表面に垂直な方向である。なお、
図では構成要素についての参照符号は最上段のダイマ列
にのみ全部付し、他のダイマ列には必要に応じて付し
た。

【００２９】本実施例では、試料表面のダイマ列の内、
中央の段の３本のダイマボンド５₁および５₂が酸素原子
６₃および６₄で酸化され、バックボンド７₁および７₂が
酸素原子６₅および６₆で酸化されている。バックボンド
７₁および７₂の酸化にともない、ダイマボンド５₁およ
び５₃がダイマ列に垂直な方向から歪んでおり、図４
（Ｂ）では、シリコン原子１₆の背後に酸素原子６₄、シ
リコン原子１₅が見え、シリコン原子１₇の背後にシリコ
ン原子１₈が見えている。

【００３０】したがって、本実施例による３個の未結合
ボンド４による原子細線は、基板上に保持されるととも
に、ダイマボンド５₁、５₂およびバックボンド７₁、７₂
が酸化されることにより、基板から絶縁されたものとな
る。

【００３１】本実施例の原子細線を持つ基板は、最表面
のシリコン原子１の間のダイマボンドの片側のシリコン
原子１を終端している水素を、走査型トンネル顕微鏡を
用いて除去することにより、未結合ボンドの原子細線を
形成した後、室温で２００Ｌの酸素分子を照射して形成
した。走査型トンネル顕微鏡を用いて原子細線を観察し
たところ、図１、図２、図３で示した基本構造が組み合
わされた酸化構造が形成されていた。

【００３２】未結合ボンドには、基本的には、酸素原子
は吸着しない。しかし、未結合ボンド直近のダイマボン
ド及びバックボンドのほとんどがすでに酸化されている
と、解離した酸素原子が未結合ボンドに吸着したまま残
ることも考えられる。未結合ボンドに吸着している酸素
原子とシリコン原子の結合は、水素原子とシリコン原子
の結合よりも不安定である。したがって、表面を終端し
ている水素原子が脱離しない４００℃以下の温度でアニ
ールして、未結合ボンドから吸着している酸素原子を除
去することができる。除去された酸素原子は表面から離
れてしまうか、或いはダングリングボンドの近くで酸化
されていないボンドに吸着するので、未結合ボンドに酸
素原子が吸着していない構造を最終的に得ることができ
る。同様の構造は水素終端されたＳｉ（１００）−１×
１再構成表面でも得ることができる。

【００３３】次に、基板の表面処理の手順を具体的に述
べながら、他の実施例を説明する。以下の説明において
も、図４と同様に、参照符号は最上段の構成要素にのみ
全部付し、他は必要に応じて付した。また、これらの参
照符号は図１-図４と同じ物には同じ物を付した。

【００３４】まず、図５に示すように、最表面のシリコ
ン原子１、第二層のシリコン原子２から形成された２×
１再構成表面を持つ基板を準備して、これを水素終端さ
れた基板とすることから始める。この水素終端表面の作
製プロセスにおいて、水素原子の照射量を制御するこ
と、あるいは水素終端表面形成後に、ＳＴＭにより、水
素終端表面に適当な密度で未結合ボンド４を形成する。

【００３５】図６は、水素終端表面の作製プロセスにお
いて、１×１０^-6Ｐａの水素原子を照射して水素終端表
面の１ｎｍ²あたり０．０２個の孤立した未結合ボンド
４を人為的に導入した例を示す。孤立した未結合ボンド
４の形成は、先にも述べたように、ＳＴＭによっても良
いことは当然である。

【００３６】実施例２未結合ボンドは温度を上げると水素終端されたシリコン
表面を拡散する。図７は、未結合ボンドを形成した基板
の表面をおよそ２５０℃に加熱しながら１０Ｌの酸素分
子を導入し、酸素照射後の表面をＳＴＭで観察した結果
の一例を示す。酸素照射前は、基板の最表面のシリコン
原子１は、図６で示した未結合ボンド４が結合したもの
を除き、総て、水素原子３で終端されている。基板は加
熱されながら酸素分子を照射されるため、未結合ボンド
４がダイマ列方向に拡散しながら酸化反応を起こさせ
る。その結果、最初に未結合ボンド４が形成されたダイ
マ列のダイマボンド５とバックボンド７が酸素原子６に
よって酸化され、酸化領域Ｂが形成されていた。酸化領
域の長さは典型的には５ｎｍで幅がダイマ列と同程度で
あった。この例では、この領域では、バックボンド７₅
を除き、全てのダイマボンド５とバックボンド７が酸化
されている。バックボンド７₅が酸素原子６によって酸
化されていないことにより、図１−図３で説明したよう
に、表面構造の対称性が失われる。

【００３７】未結合ボンド４が基板表面に適当な数密度
で形成されていることにより、長さがほぼ５ｎｍ、幅が
ダイマ列と同程度の酸化領域Ｂが、統計的に見ると、１
ｎｍ²あたり０．０１本の表面密度で形成されていた。
この酸化領域Ｂは、先の説明から明らかなように、他の
領域Ａより絶縁性が非常に良いものとなっている。

【００３８】本実施例による酸化領域Ｂは、表面を拡散
する未結合ボンドと反応して解離した酸素によって次々
に表面が酸化されたものである。絶縁性の原子細線の表
面での数密度は酸素分子を照射する前の未結合ボンドの
数密度に依存している。絶縁性の原子細線の最表面は水
素原子で終端される確率が高いが、最表面に未結合ボン
ドが存在することもある。ダイマボンドやバックボンド
の酸化確率やその分布、シリコン表面の平坦度、欠陥密
度などの表面構造、さらに表面温度、単位時間当たりの
酸素分子の照射量などのプロセス条件に大きく依存して
いる。

【００３９】実施例３実施例２で得られた酸化領域Ｂは絶縁性が非常に良いこ
とに着目して、この領域に原子細線を形成することによ
り、基板と絶縁され、且つ基板に堅固に保持された原子
細線を形成した例を図８に示す。図８では、図７に示す
構造を得た後、酸化領域のシリコン表面の水素原子を除
去して未結合ボンドを形成することにより、シリコン表
面の絶縁性の表面に原子細線を配列したものである。

【００４０】実施例４図９は、図７で説明した酸化領域とその他の領域とが、
表面からの原子の脱離温度が異なることに着目して、基
板表面に段差を持つ構造を形成した例である。図９
（Ａ）は、図７の状態の基板を図５のＢ−Ｂの位置から
見た断面図であり、（Ｂ）は加熱処理をした後の同じ位
置での断面図である。すなわち、本実施例では、図７で
説明した酸化領域のみが削除された構造が実現できてい
る。

【００４１】その他の実施例図によっては説明しないが、図７で説明した酸化構造を
持つ基板のシリコン（１００）表面の水素原子はおよそ
５００℃で完全に脱離する。一方、ボンドを酸化してい
る酸素原子の脱離はおよそ７００℃以上の温度領域で始
まる。したがって、図７で説明した酸化構造を持つ基板
を形成した後、基板表面を５００℃より高く７００℃よ
り低い温度領域で処理すると、清浄な２×１再構成表面
のシリコン表面と酸化領域とが混在した基板を得ること
ができる。この基板表面はアルミニウム、タングステン
などの選択成長のための基板として使用できるから、マ
イクロファブリケーションのための基礎の基板として利
用できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、部分的に酸化されてい
る表面を持つシリコン基板を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基板の酸化の基本的な構造の例を
示し、ダイマボンドが酸化された構造を示す図。

【図２】本発明による基板の酸化の基本的な構造の他の
例を示し、バックボンドが酸化された構造を示す図。

【図３】本発明による基板の酸化の基本的な構造の他の
例を示し、ダイマボンドとバックボンドが酸化された構
造を示す図。

【図４】（Ａ）は最表面のシリコン原子１、第二層のシ
リコン原子２から形成された２×１再構成表面に［１１
０］方向に伸びる３個の未結合ボンド４による原子細線
を形成した構造を示す平面図、（Ｂ）はその側面図。

【図５】最表面のシリコン原子１、第二層のシリコン原
子２から形成された２×１再構成表面を持つ基板の最表
面のシリコン原子１を水素終端した基板の構造を示す
図。

【図６】図５に示す基板の一部に孤立した未結合ボンド
４を人為的に導入した例を示す図。

【図７】図６に示す未結合ボンドを形成した基板の表面
を加熱しながら酸素分子を導入し、酸素照射後の表面を
ＳＴＭで観察した結果の一例を示す図。

【図８】図７に示す基板の酸化領域のシリコン表面の水
素原子を除去して未結合ボンドを形成して、シリコン表
面の絶縁性の表面に原子細線を配列した構造を示す図。

【図９】図７に示す基板表面に段差を持つ構造を示す
図。

【符号の説明】

１・・・最表面のシリコン原子、２・・・第二層のシリコン原
子、３・・・水素原子、４・・・未結合ボンド、５・・・ダイマ
ボンド、６・・・酸素原子、７・・・バックボンド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山登志弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者加藤弘一神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者橋詰富博埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者梶山博司埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (56)参考文献ＳＴＥＦＡＮＯＶＢＢ，ＲＡＧＨＡＶＡＣＨＡＲＩＫ，「ＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉ（100）２ｘ１：ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｏｘｙｇｅｎｉｎｓｅｒｔｉｏｎａｎｄｍｉｇｒａｔｉｏｎ」ＳｕｒｆＳｃｉＶＯＬ．389，ＮＯ．１／３，ｐｐ．Ｌ1159−Ｌ1164，1997 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水素原子または重水素原子によって表面の
未結合ボンドが終端されているシリコンの再構成表面を
持つ基板であって、該基板を終端している水素原子また
は重水素原子の少なくとも一つが孤立した未結合ボンド
で置換されているとともに、該未結合ボンドが結合して
いる最表面シリコン原子からのびるダイマボンドあるい
はバックボンドのうち任意のボンドが酸化されているこ
とを特徴とする部分的に酸化されている表面を持つシリ
コン基板。
【請求項２】前記孤立した未結合ボンドがダイマ列に平
行な方向に複数個配列している請求項１記載の部分的に
酸化されている表面を持つシリコン基板。
【請求項３】水素原子または重水素原子によって表面の
未結合ボンドが終端されているシリコンの再構成表面を
持つ基板であって、該基板のダイマ列に平行な方向の所
定の領域の最表面シリコン原子からのびるダイマボンド
あるいはバックボンドのうち大部分のボンドが酸化され
ていることを特徴とする部分的に酸化されている表面を
持つシリコン基板。
【請求項４】前記大部分のボンドが酸化されている領域
にあるダイマ結合している最表面シリコン原子の少なく
とも一方の側を終端している水素原子または重水素原子
が未結合ボンドに置換されて複数の連続した未結合ボン
ドが形成された請求項３記載の部分的に酸化されている
表面を持つシリコン基板。
【請求項５】前記大部分のボンドが酸化されている領域
の第一層と第二層のシリコン原子が除去されて他の部分
と段差を持つ請求項３記載の部分的に酸化されている表
面を持つシリコン基板。
【請求項６】最表面のシリコン原子と第二層のシリコン
原子形成された２×１再構成表面を持つ基板を準備する
こと、該基板を表面の一部に所定の確率で形成される未
結合ボンドを持つ水素または重水素により終端された基
板とすること、該基板の表面を所定の温度に加熱しなが
ら所定の濃度の酸素分子を照射することにより該基板表
面に所定の密度で前記最表面のシリコン原子のダイマ列
のダイマボンドとバックボンドが酸素原子によって酸化
された酸化領域を形成することを特徴とする部分的に酸
化されている表面を持つシリコン基板の製造方法。
【請求項７】前記基板を形成後基板表面を５００℃より
高く７００℃より低い温度領域で処理する請求項６記載
の部分的に酸化されている表面を持つシリコン基板の製
造方法。
【請求項８】前記基板の表面に酸素分子の照射を行う際
の基板表面温度が、室温を超え、４００℃以下である請
求項６記載の部分的に酸化されている表面を持つシリコ
ン基板の製造方法。