Analysis of oxide layer on Ge(100)-21 formed by supersonic O beam

超音速O分子ビームで形成されるGe(100)-21表面上の酸化層の分析

吉越 章隆 ; 岡田 隆太; 寺岡 有殿; 神農 宗徹*; 山田 洋一*; 佐々木 正洋*

Yoshigoe, Akitaka; Okada, Ryuta; Teraoka, Yuden; Jinno, Muneaki*; Yamada, Yoichi*; Sasaki, Masahiro*

Si系LSIの高性能化に対して移動度の優れたGe材料の導入が有望視され、Ge単結晶表面の酸化膜の形成機構及び安定性の研究が活発化している。Ge酸化において、酸化を誘起する酸素分子の並進運動エネルギーは、酸化膜形成を理解するうえで重要な要素である。われわれは、Ge(100)表面の室温酸化において高エネルギーの超音速酸素分子線を用いることで、バックフィリング酸化よりも吸着酸素量が増加することを見いだしている。本研究では、超音速酸素分子線及びバックフィリング酸化によって形成した吸着酸素量の異なるGe(100)上の酸化膜を放射光XPSによって分析することで、酸化膜形成を理解するうえで重要なGeの酸化状態の分析を行った。Ge 3d XPSスペクトルの比較から、双方のGe酸化の価数に違いがないことがわかった。しかし、超音速酸素分子線による酸化膜では2価の酸化成分の量が増加することを確認した。これは新たなGe(100)表面への酸素の吸着を示唆している。この発見はGe(100)表面酸化膜の形成機構を理解するうえで重要な基礎的知見を与える。

Ge has been attracted considerable attention as a new material of LSI because of its high carrier mobility. The O translational kinetic energy will be essential to understand the formation of oxide layers on Ge substrate for these devices. We previously reported that the high kinetic energy of the supersonic O beam enhances the oxidation on the Ge(100) at room temperature. In this research, we employed SR-XPS to analyze the oxidized Ge(100) surface formed by supersonic O molecular beam and back-filling O. In our experiments, we found the increase in amounts of the Ge oxide formed by supersonic O molecular beam comparing to that formed by back-filling O, although their coordination numbers were same in both cases. This result suggests that new oxygen adsorption states on the Ge(100) surface are activated by the supersonic O molecular beam. Our results give new knowledge concerning mechanisms of the formation of oxide layers on Ge substrate.