その場観察用X線光電子分光分析器の開発とシリコン酸化・窒化極薄膜の形成機構の解明

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01065003
• 研究機関: 武蔵工業大学
• 研究代表者: 服部 健雄 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (10061516)
• 研究分担者: 森木 一紀 武蔵工業大学, 工学部, 講師 (60166395)
• キーワード: 光電子分光法 / XPS / 単色化X線励起光電子分光法 / シリコン酸化膜@シリコン界面 / 熱酸化膜 / 自然酸化膜 / シリコン酸化膜の光吸収 / シンクロトロン軌道放射光

研究概要

本研究で得られた主な成果を列挙する。1.シリコンウエーハの洗浄過程において形成される自然酸化膜の構造をX線励起光電子分光法(XPS)および真空紫外域における反射測定法により検討し、以下のことが明らかとなった。(1)自然酸化膜の構造は洗浄過程の違いにより膜中のSi^<3+>の分布が異なる。すなわち、アンモニア溶液、塩酸、硫酸、(アンモニア溶液/熱硝酸)中で形成された自然酸化膜中のSi^<3+>は界面に局在する。一方、熱硝酸または沸騰した硝酸溶液中で形成された自然酸化膜中のSi^<3+>は膜中に均一に存在する。(2)単色化したA1Kα線励起光電子分光分析および局所的電気陰性度に基づく詳細な検討によれば、(1)で述べたSi^<3+>には膜中のSiーSi結合以外にSiーH_2結合が含まれ、Si^<4+>にはSiーOH結合が含まれる。また、熱硝酸系溶液中で形成した自然酸化膜の方がアンモニア系溶液中で形成した自然酸化膜に比べてシリコンー水素結合が多い。(3)XPSによる検討によれば、自然酸化膜中のSiは主としてSi^<4+>の結合状態にある。一方、反射スペクトルにはSiO_2に起因する吸収は殆んど見られない。これはSiO_2のクラスタの寸法が100nm以下であることを示唆している。2.シンクロトロン軌道放射光を用いて、種々の膜厚を有するシリコン熱酸化膜の真空紫外域における反射測定を行い、これに端面における多重反射を考慮したクラマース・クローニッヒ解析を適用した。その結果、膜厚10nm前後の極めて薄いシリコン熱酸化膜は、熔融石英の光吸収端以下の6〜9eVのフォトン・エネルギー領域において光を吸収することが明らかとなった。また、その光吸収量は膜厚が薄いほど大きく、また酸化温度が低いほど大きい。さらに、7.6eV付近には、光吸収の増加が見られる。この光吸収は〓SiーSi〓結合に起因し、その量は0.3分子量程度と見積られる。

研究成果

• [文献書誌] T.Hattori: "Chemical bonds at and near the Si-SiO_2 Interface" JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. 28. L1436-L1438 (1989)
• [文献書誌] K.Takase: "Native Oxides during Wet Chemical Treatments" Extended Abstracts of the 21th Conf.on Solid State Devices and Materials. 393-396 (1989)
• [文献書誌] 森木一紀: "位相可変な導波路をもつ光偏向素子の特性解析と設計" 電子情報通信学会論文誌. J72ーC1. 805-811 (1989)
• [文献書誌] N.Miyata: "Optical Absorption in Ultrathin Silicon Oxide Film" JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. 28. L2072-L2074 (1989)
• [文献書誌] N.Miyata: "Optical constants of cubic boron nitride" Phys.Rev.B40. 12028-12029 (1989)
• [文献書誌] T.Hattori: "STRUCTURAL STUDIES OF ULTRATHIN SILICON OXIDES AND THEIR INTERFACES BY XPS" Applications of Surface Science. 41/42. 416-419 (1989)
• [文献書誌] 服部健雄: "西澤潤一編半導体研究 30 「超LSI技術13デバイスとプロセスその3」 第3章薄いシリコン酸化膜とその界面の構造" (財)半導体研究振興会, (1989)