角度分解X線光電子分光法による高誘電体薄膜/シリコン界面構造の深さ方向分析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550029
• 研究機関: 武蔵工業大学
• 研究代表者: 野平 博司 武蔵工業大学, 工学部, 助教授 (30241110)
• キーワード: 高誘電率材料 / 角度分解X線光電子分光法 / 絶縁膜 / Si界面 / 希土類酸化膜 / 深さ方向元素分布

研究概要

本研究では、次世代半導体集積回路に用いられるゲート長0.1ミクロン以下のMISFETの実現に必要不可欠な高誘電体薄膜の持つ問題点、すなわち界面準位や固定電荷などの物理的な起源を実験結果から解明するために、透過電子顕微鏡による断面観察と異なり、非破壊で界面及び界面近傍の組成や化学結合状態の深さ方向分布を原子スケールで明らかにできるという特徴をもつ"角度分解X線光電子分光法"を用いる。
X線光電子分光法を用いた高誘電率膜の予備的測定結果の検討から、次世代高誘電率薄膜材料として有望なものの一つである希土類酸化膜は、吸湿性があり、大気に晒すことで膜質や界面構造が変化してしまう可能性のあることがわかった。そこで、本年度は、Si基板上に形成した高誘電率薄膜を大気に晒さず測定するシステムの構築を最優先とした。はじめに、電子ビーム蒸着装置付き超高真空装置で作製した試料を大気に晒すことなく、超高感度・高分解能X線光電子分光分析装置ESCA-300に試料を搬送するための真空内試料搬送機構を設計・製作した。次に、高品質の高誘電体薄膜を再現牲良く作製するために、温度の制御性が良く、かつ酸素雰囲気中でも劣化せずヒーターからの不純物の放出の極めて少ないヒーターSiCヒーターユニット(本年度科研費にて購入)を用いて、高誘電体薄膜作製用基板加熱機構を設計・作製し、シリコン基板を800℃まで昇温できることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] K.Kato, K.Nishizaki, K.Takahashi, H.Nohira, N.Tamura, K.Hikazutani, S.Sano, T.Hattori: "Compositional depth profiling of ultrathin oxynitride/Si interface using XPS"Applied Surface Science. 190. 39-42 (2002)
• [文献書誌] K.Nishizaki, H.Nohira, K.Takahashi, N.Kamakura, Y.Takata, S.Shin, K.Kobayashi, N.Tamura, K.Hikazutani, T.Hattori: "Depth profling of oxynitride film formed on Si(100) by photon energy dependent photoelectron spectroscopy"Applied Surface Science. (to be published)(掲載予定).
• [文献書誌] H.Nohira, T.Shiraishi, T.Nakamura, K.Takahashi, M.Takeda, S.Ohmi, H.Iwai, T.Hattori: "Chemical and Electronic Structures of Lu_2O_3/Si Interfacial Transition Layer"Applied Surface Science. (to be published)(掲載予定).