Si(001)21表面室温酸化に観られるO1s光電子スペクトルのサテライトピークと酸素分子の並進運動エネルギーの関係

Oxygen kinetic energy dependence of the satellite peak observed in O1s photoelectron spectra for Si(001)21 surface oxidation at room temperature

吉越 章隆 ; 津田 泰孝   ; 冨永 亜希; 坂本 徹哉; 小川 修一*; 高桑 雄二*

Yoshigoe, Akitaka; Tsuda, Yasutaka; Tominaga, Aki; Sakamoto, Tetsuya; Ogawa, Shuichi*; Takakuwa, Yuji*

Society5.0では、情報通信デバイスに対する小型,高性能,省電力化が必須である。シリコン(Si)をベースとした金属-酸化膜-半導体(MOS)トランジスタは中心的役割を担っているため、Si表面の酸化絶縁物の精密制御と理解は依然必要である。しかしながら、酸素分子による酸化は不明な部分が多い。我々は、Si(001)21表面室温酸化のO1s光電子スペクトルに分子状吸着酸素と考えられるサテライトピークが観察できることを発見した。そこで、入射酸素分子の並進エネルギーとの関係から酸化反応における役割をSPring-8の原子力機構専用BL23SUの表面実験ステーションを使った放射光リアルタイム光電子分光によって調べた。入射酸素分子の並進エネルギーが0.06eVの分子線照射中のp型Si(001)表面においても、O1s光電子スペクトルにSi-O-Siの酸素原子に由来するメインピークの4.45eV低結合エネルギー付近にサテライトピークを捉えることができた。酸化時間の進行に伴う信号強度の変化などから酸化反応における分子状吸着の役割を議論する予定である。

In Society 5.0, nanometer-scaled devices with high performance and low-power are required. Since silicon (Si) based metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors play an important role in the application of information and communication technology, precise control and understanding of Si surface oxidation is still important. However, the debate on the Si surface oxidation by molecular oxygen still remains. In our previous study, we found that the O1s photoelectron spectra of room temperature oxidation of Si(001)21 surface show satellite peaks indicating molecularly adsorbed oxygen. In this study, the role of molecularly adsorbed oxygen in the oxidation reaction in relation to the translational energy of incident oxygen molecules was investigated by synchrotron radiation real-time photoemission spectroscopy. All experiments were conducted using the surface experimental station of JAEA's BL23SU at SPring-8. Even on a p-type Si(001) surface under molecular beam irradiation with the translational energy of 0.06 eV, a satellite peak was clearly observed at a binding energy of about 4.45 eV lower than the main peak (oxygen atom in Si-O-Si). The role of molecularly adsorption in the oxidation reaction will be discussed from the results of signal changes with the progress of oxidation times.