Real-time photoelectron spectroscopy study on the oxidation-induced strained Si atom at SiO/Si(001) interface; Dependence on oxidation temperature

SiO/Si(001)界面での酸化誘起歪みSi原子に関するリアルタイム光電子分光研究; 酸化温度依存性

小川 修一*; 吉越 章隆 ; 石塚 眞治*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

Ogawa, Shuichi*; Yoshigoe, Akitaka; Ishizuka, Shinji*; Teraoka, Yuden; Takakuwa, Yuji*

点欠陥発生(放出Si原子+空孔)を介したSi酸化統合反応モデルを実証するために、n型Si(001)表面の酸化過程における酸化誘起歪みを放射光を用いたリアルタイム光電子分光で観察した。300CでのSi表面第1層酸化において、SiO/Si界面第1層の歪みSi原子(Si)は徐々に減少したが、界面第2層の歪みSi原子(Si)は緩やかに増加した。また、第1層酸化完了時におけるSiとSiは基板温度を300Cから600Cに増加させると減少することがわかった。これらの結果から、ダイマー形成の歪みは酸化の進行に伴って減少すること、基板温度の上昇に伴って界面歪みが減少することが明らかとなった。歪み減少のメカニズムについて、吸着酸素の挙動に着目し議論する。

To verify experimentally the unified model of Si oxidation reactions mediated by point defects generation (emitted Si atoms + vacancies) due to oxidation-induced strain, real-time photoelectron spectroscopy using synchrotron radiation was employed to monitor the oxidation-induced strained Si atom at SiO/Si interface, oxidation states, and the oxide thickness simultaneously during oxidation on n-type Si(001) surfaces with O gas. Upon introducing O gas at 300C, both Si and Si increase with time and then Si decreases gradually at first oxide layer, while Si continues to increase, but with a decreased rate. It is found that the amount of Si and Si at the completion of first oxide layer growth decrease gradually with raising temperature from 300 to 600C, where oxide grows in the Langmuir-type adsorption manner. These results indicate that the oxidation-induced strain decreases with surface temperature.