Real-time monitoring of initial thermal oxidation on Si(001) surfaces by synchrotron radiation photoemission spectroscopy

放射光光電子分光法によるSi(001)表面の熱酸化初期過程のリアルタイム観察

吉越 章隆 ; 盛谷 浩右; 寺岡 有殿

Yoshigoe, Akitaka; Moritani, Kosuke; Teraoka, Yuden

Si(001)表面の熱酸化過程は、MOSFETのゲート絶縁膜形成において重要な反応系であり、ULSIの微細化により、酸化膜厚を数nmまで制御することが、ますます重要になっている。Oガス圧を110Pa,表面温度を870Kから1120Kと変えたときの酸化反応を放射光Si2p及びO1s光電子分光法を用いて調べた。酸素吸着量の時間発展とその際のSi酸化状態の関係が明らかとなった。酸素吸着量の時間変化は、表面温度によりLangmuirタイプと自己触媒反応モデルという反応速度論に基づいた吸着特性で説明ができることがわかった。一方、Si2p光電子スペクトルから、この2つの酸化モデルにおけるSiの酸化状態の時間発展において、反応初期にSiの構造が観測されないことが明らかとなった。固定したエネルギーで光電子強度を測定したこれまでの研究では明らかにできなかった情報を、今回、リアルタイム光電子分光測定により初めて明らかにすることができた。

It is well known that the thermal oxidation on Si(001) surface is an important reaction system to form of the gate-oxide films in MOSFET, since it is necessary to control the film thickness under a few nano-meter scale. Thus, we have studied the oxygen uptake and the Si oxidation states depending on the oxidation times by using the synchrotron radiation photoemission spectroscopy in 110Pa of O at the surface temperature from 870K to 1120K. We clarified the oxidation depending on the surface temperature was explained by the kinetics (Langumuir and auto-catalytic model). Using real time photoemission spectroscopy, we found that the Si sepcies was not formed at the initial oxidation stage.