1997 Fiscal Year Annual Research Report
高感度光電子収率分光による極めて薄い酸化膜/シリコン界面の欠陥密度定量評価
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08455147
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| Research Institution | HIROSHIMA UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
宮崎 誠一 広島大学, 工学部, 助教授 (70190759)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
広瀬 全孝 広島大学, 工学部, 教授 (10034406)
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| Keywords | 極薄SiO_2 / Si界面 / 光電子収率分光法 / フェルミ準位 / 欠陥準位密度 / 価電子帯状態密度 / 光電子脱出深さ / 界面準位密度 / ケルビンプローブ |
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| Research Abstract |
極薄SiO_2/Si界面の欠陥準位密度を高感度に定量評価する技術の確立を目指して、光電子収率分光法(PYS)の高感度化を図ると共に、その実質的検出限界を実験的に明らかにした。具体的には、昨年度に構築した光電子収率分光システムとケルビンプローブ測定系を単色X線・紫外線光電子分光(XPS/UPS)システムの分析チャンバーに接続し、試料のフェルミ準位エネルギー位置をmeVの精度で決定できるようにした。n^+ Si(100)基板上に、N_2希釈2%酸素雰囲気中850℃で、厚さ2.7mmのシリコン熱酸化(SiO_2)膜を形成して、N_2希釈20%水素雰囲気中400℃の熱処理(ゲート電極無し)前後でPYS測定を行った。さらに、SiO_2膜を希HF処理によって、薄膜化しながらSiO_2膜厚をパラメータとして、系統的にPYSスペクトルの変化を調べた。その結果、以下の事が明らかとなった。
1.光電子収率I及びその1/3乗を入射光エネルギの関数としてプロットすることで、光電子の直接励起および間接励起のしきいエネルギを決定することができ、表面バンドの曲がりにほとんど依存されることなく価電子帯上端のエネルギ位置を決定できることが明らかになった。これは、基板不純物濃度にも関係なく成立する。2.SiO_2c-Si系からのPYS測定において、Siの価電子帯からの光電子収率の低下量から、SiO_2膜に対する光電子脱出深さを決定できる。入射光エネルギ5.6eVにおいて、光電子脱出深さは約3.1nmと見積もられた。3.XPS価電子帯スペクトルに対応させて、Si価電子帯からの実測光電子収率を考慮することで、微分PYSスペクトルから表面および界面状態密度分布が1x10^<10>cm^<-2>eV^<-1>で定量可能である。4.熱酸化膜形成直後のSiO_2(厚さ2.7nm)/n^+ Si(100)において、禁制帯中央付近に〜3x10^<12>cm^<-2>eV^<-1>の界面準位密度が存在し、水素雰囲気中400℃熱処理により約一桁低減される。5.熱酸化膜の希HF処理において、薄膜化に伴って、界面準位密度が徐々に低減される。これは、希HF処理中に、水素が酸化膜を拡散していることを示唆している。
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[Publications] S.Miyazaki: "Evaluation of Gap States in Hydrogen-Terminated Silicon Surfaces and Ultra-thin SiO_2/Si Interfaces by Using Photoelectron Yield Spectroscopy" Mat.Res.Symp.Proc.500(印刷中). (1998)
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[Publications] S.Miyazaki: "Electronic States of Hydrogen-Terminated Silicon Surfaces and SiO_2/Si Interfaces" Proc.of JRCAT Intern. Workshop on Sci.and Technol.of Hydrogen-Terminated Silicon Surfaces. 35-36 (1997)
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[Publications] D.Imafuku: "Organic Contamination of Silicon Wafers in Clean Room Air and Its Impact to Gate Oxide Integrity" Mat.Res.Symp.Proc.477. 101-105 (1997)
