角度分解光電子分光法によるゲート絶縁膜/シリコン基板界面に形成される構造遷移層に関する研究

摘要

本研究は、Si（100）、Si（111）、Si（110）基板上にNHラジカルにより形成したシリコン窒化膜について、軟Ⅹ線励起角度分解光電子分光法による測定および解析を行った。検出深さが同じになるように放射光を調整しSi 2p、Nl1s、O 1sぶからの光電子スペクトルの測定を行った。本研究で得られた主な結果を以下に示す。1）形成したシリコン窒化膜は1原子層のSi-（OH）_3Nで表面を覆われており、その面密度は、Si（100）やSi（110）に比べSi（111）では15%小さい。2）すべての面方位上のSi_3N_4/Si界面は組成遷移が急峻である。これは、3つのN原子と1つのSi原子が結合するSi原子が検出されなかった結果に基づいている。3）Si_3N_4/Si（110）界面におけるSi-H結合の数はSi_3N_4/Si（100）やSi_3N_4/Si（111）のそれに比べ38～53%大きく、界面構造はシリコン基板の面方位に依存することを示している。%Soft x-ray-excited angle-resolved photoemission results for nitride films formed using nitrogen-hydrogen radicals on Si(100), Si(111), and Si(110) are reported. The data were obtained using synchrotron radiation which allowed the Si 2p, N 1s, and O 1s levels to be investigated with the same probing depth. The following main results were obtained: 1) The Si3N4 film is covered with one monolayer of Si-(OH)_3N. Its areal density is 15% smaller on Si(111) than on Si(100) and Si (110), 2) the Si_3N_4/Si interfaces on all three surfaces are compositionally abrupt. This conclusion is based on the observation that no Si atoms bonded with three N atoms and one Si atom were detected, 3) The observation that the number of Si-H bonds at the Si_3N_4/Si(110) interface is 38～53% larger than those at the Si_3N_4/Si(100) and Si_3N_4/Si(111) interfaces indicates a dependence of the interface structure on the orientation of the substrate.