準大気圧下でのX線光電子分光測定による水分子が吸着した極薄GeO2／GeおよびSiO2／Si構造の観察

摘要

ゲルマニウム（Ge）は，電子·正孔ともにシリコン（Si）よりも高い移動皮を有しており，次世代の半導体デバイス用チャネル材料として期待されている。既に，Ge表面上に様々な極薄絶縁膜を形成したり，高い性能を持つ金属（Metal）－絶縁膜（Insulator）一半導体（Ge）構造を作製する多くの試みが報告されている。一方で，ゲルマニウム酸化物（GeO2）をGe基板上に形成したGeO2／Ge構造が電気的に優れた界面特性を有することは既に知られておりりGeO2はGe系トランジスタにおいて鍵となる材料である。しかし，GeO2は良く知られたシリコン酸化物（SiO2）とは異なり，水溶性を持つ。これは，GeO2薄膜が大気中の水分とも反応し痔ることを示唆するが，詳細はよくわかっていない。これまでにも，GeO2表面に吸着した水（H2O）分子が金属一酸化物（GeO2）一半導体（Ge）構造（MOS構造）に与える影響を調査した報告はいくつかある。たとえば，GeO2／Ge構造を大気に曝し，その上に電極を形成したMOS構造の容量一電圧特性（C－V特性）を測定した例があげられる。この報告では，大気への曝露時間が増すと，フラットバンド電圧（VFB）が負方向にシフトすることなどが見いだされている。負方向へのV_(FB)のシフトは，GeO2膜中に正の固定電荷が発生することを意味しており，その起源を調査するために赤外吸収分光法や二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy：SIMS）を用いた計測が行われている。しかし，GeO2表面上への気相中のH2O分子の吸着量（吸着水屑の膜厚）や，吸着水がGeO2薄膜の電気的な性質に与える影響については不明な点が多い。