リアルタイム光電子分光法によるシリコン熱酸化過程の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750023
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 遠田 義晴 弘前大学, 理工学部, 助教授 (20232986)
• Keywords: シリコン酸化膜 / 光電子分光 / 内殻準位 / リアルタイム / 熱酸化 / 半導体 / 放射光 / その場観察

Research Abstract

本年度の研究で行った実験内容と得られた新たな知見を以下の述べる。
1.シリコン初期熱酸化におけるドライ酸化とウェット酸化の違い
酸素によるドライ酸化と水蒸気によるウェット酸化の反応素過程の違いを Si 2p 内殻準位により調べた。室温から300℃程度の比較的低温での酸化に関し、酸素は酸化反応を起こすのに対し、水蒸気では解離吸着した表面水素が保護膜となり酸化反応を抑制することがわかった。400℃以上の比較的高温での酸化に関しては、酸素と水蒸気で大きな違いは見られなかったが、同条件で酸化させたときの酸化速度は酸素の方が大きいことがわかった。
2.原子状酸素と分子状酸素による酸化の違い
酸化中の Si 2p 内殻準位をリアルタイム光電子分光により測定し、原子状酸素と分子状酸素による酸化速度の違いを調べた。表面第一層の酸化では両者では大きな差は見られなかったが、第二層以下の酸化に関しては、分子状酸素に比べ原子状酸素の方が酸化の進行が極めて大きいことがわかった。この理由は、表面第一層が酸化され表面全体が酸化膜で覆われるとこれが保護膜となり、この表面状態での分子状酸素と原子状酸素の反応性の違いが顕著となったためと考えられる。
3.酸化反応の面方位依存性
Si(100)とSi(111)表面とで酸化反応の面方位依存性を Si 2p 内殻準位により調べた。基本的に両表面の酸化過程は同じ振る舞いを示したが、サブオキサイドの配分比率で差異が見られた。

Research Products

• [Publications] Y.Enta: "Si 2p spectra of initial thermal oxides on Si(100) oxidized by H_2"Japanese Journal of Applied Physics. 38-1. 253-256 (1999)
• [Publications] M.Suemitsu: "Initial oxidation of Si(100)-2x1 as an autocatalytic reaction"Physical Review Letters. 82. 2334-2337 (1999)