SiGe/Si表面の酸化反応機構,1; GeO形成の温度依存

Oxidation reaction mechanism of SiGe/Si surfaces, 1; Temperature dependence of GeO formation

穂積 英彬*; 小川 修一*; 吉越 章隆 ; 石塚 眞治*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

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

本研究では、SiGe合金層の酸化によるGe濃縮過程を明らかにするために、SiGe合金層酸化過程におけるGe3d光電子スペクトルをリアルタイムXPSで調べた。実験はSPring-8のBL23SUに設置されている表面反応分析装置を用いて行った。p型Si(001)表面に室温でGeを約2ML蒸着した後、933Kでアニールを行いSiGe合金を形成した。その表面をO圧力5.010Paで6400s酸化した後、酸化を促進させるため1.310Paまで圧力をあげてさらに5300s酸化を行った。酸化実験は室温及び773Kで行った。773KのSiGe合金層酸化では、Ge原子は酸化されずにSi原子が優先的に酸化され、また酸化速度はSi(001)表面よりも遅いことがわかった。これはSiO膜形成によってGe原子がSi基板側へ拡散するためと考えられる。

In order to make clear Ge concentration processes during oxidation of an SiGe alloy layer, Ge3d photoelectron spectra were observed during oxidation of an SiGe alloy layer using real-time XPS. All experiments were conducted using the surface reaction analysis apparatus at BL23SU in the SPring-8. A Ge layer was formed on the p-type Si(001) substrate with about 2 ML thickness by evapolation. The layer was annealed up to 993 K to form an SiGe alloy layer. The surface was oxidized in the O ambient of 5.010 Pa for 6400 s, and then further oxidation was made at 1.310 Pa for 5300 s. The surface temperature was room temperature and 773 K. In the case of 773 K, Ge atoms were not oxidized whereas Si atoms were selectively oxidized. The oxidation rate was faster than that of an Si(001) surface. These facts reveal that Ge atoms diffuse into the Si substrate due to SiO layer formation.