放射光XPSによるGeN膜の化学結合状態及び熱脱離過程のその場観察

In-situ characterization of chemical bonding states and thermal decomposition of GeN film by SR-XPS

細井 卓治*; 朽木 克博*; 岡本 学*; 原田 真*; 吉越 章隆 ; 寺岡 有殿; 志村 考功*; 渡部 平司*

Hosoi, Takuji*; Kutsuki, Katsuhiro*; Okamoto, Gaku*; Harada, Makoto*; Yoshigoe, Akitaka; Teraoka, Yuden; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

HF洗浄したp-Ge(001)基板を超高真空中で加熱クリーニングした後、大面積窒素プラズマ処理装置を用いて基板温度623K・高周波電力50W・窒素分圧10.5Torrで30分間の窒化処理を施した。その窒化膜の化学結合状態及び熱脱離過程を放射光XPSでその場観察した。清浄Ge表面のXPSスペクトルから、Ge3d5/2と3/2の結合エネルギーは29.2eVと29.8eVであった。高密度プラズマにより窒化した試料は大気暴露により窒化膜表面が酸化されるため、熱処理前の試料ではGeの窒化成分と酸化成分の両方が存在する。773Kの真空中加熱処理によりGeO成分のみが選択的に熱脱離し、純GeN膜のXPSスペクトルが得られた。これより、窒化GeはGe3d5/2ピーク位置から2.2eV化学シフトすることがわかった。

After wet cleaning of p-Ge(001) by HF solution, the surface was anealed in an ultra-high vacuum and was nitrided using a large area nitrogen plasma apparatus in the conditions of surface temperature: 623 K, RF power: 50 W, nitrogen pressure:10.5 Torr, and reaction period: 30 min. The chemical bonding states and thermal decomposition processes of the nitide film was in-situ analyzed by synchrotron radiation photoemission spectroscopy. XPS spectra of clean Ge surface showed binding energies of Ge3d5/2 and 3/2 levels were 29.2 eV and 29.8 eV, respectively. The Ge surface nitrided by the high density plasma was oxidized by exposure to the air so that both components of nitride and oxide were observed by the SR-XPS before thermal anealing. GeO component was selectively removed by thermal anealing up to 773 K in the UHV condition. After that XPS spectra of pure GeN film could be observed. We concluded chemical shift of the nitrided Ge was 2.2 eV.