Non-destructive depth profile analysis for surface and buried interface of Ge thin film on Si substrate by high-energy synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy

放射光を用いた高エネルギーX線光電子分光法によるSi基板上のGe薄膜表面及び埋もれた界面の非破壊深さ方向分析

山本 博之; 山田 洋一; 笹瀬 雅人*; 江坂 文孝  

Yamamoto, Hiroyuki; Yamada, Yoichi; Sasase, Masato*; Esaka, Fumitaka

表面数nm領域の解析において、深さプロファイルを非破壊的に得ることはその分解能向上のために重要である。X線光電子分光法(XPS)は通常、励起エネルギーが固定であるためにそのままでは深さ方向分析を行うことはできない。これに対し、エネルギー可変の放射光を励起源として用いれば、分析深さが変化し、非破壊で深さ方向の分布が得られると考えられる。これは電子の脱出深さがその運動エネルギーに依存することによる。本研究では、Si基板上に蒸着したGeを用い、薄膜表面、及び、埋もれた界面の非破壊分析を目指し放射光を用いた高エネルギーXPSによる解析を行った。清浄表面としたものと自然酸化膜の残る2種のSiを用い、2及び4nm Geを蒸着した試料を測定した結果、4nm蒸着試料においても基板表面の差異は十分に観察可能であった。この結果は本法が非破壊深さ分析法として有効であることを示している。

Non-destructive depth profile analysis with better depth resolution is required for the characterization of nano-materials. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is the typically non-destructive analysis, however, XPS with fixed excitation energy source cannot provide depth profile without additional technique. On the other hand, analyzing depth of XPS can be varied with the energy tunable excitation source, such as the synchrotron-radiation (SR), since the escape depth of the photoelectrons depends on their kinetic energy. In the present study, Ge thin films (2,4 nm) on two different Si substrates (hydrogen terminated, native oxide) has been analyzed to obtain depth profile of the thin film and buried interface of Ge/Si under the film with two different Si substrates. The XPS spectra clearly show the difference obtained from the varied analyzing depth. These results suggest that the SR-XPS can be applicable for non-destructive depth profile analysis of surface and buried interface.