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極微細化技術 の進歩 によ り金属酸化物半導体電界効果 トランジス タ (MOSFET) の ゲー ト酸 化膜 の薄膜 化が 進 展 し,3nm以 下 の極 め て薄 い シ リコ ン酸 化 膜 が MOSFETに 使用 され る時代 となった1,2).X線 光電子分 光法(XPS)を 用いれ ば, Siの 中 間酸化状 態,い わゆ るサ ブオキサイ ド層で構成 され るSiか らSiO2へ の組成 遷移層 とSiO2か らなる構造遷 移層 とを,非 破 壊で分離 検 出す る ことが可能 であ る3,4).ただ し, Si2p光 電子 の 脱出深 さを,偏 光解析法や透過電子顕微鏡 に よる断面観 察法に よ り校正す るこ とが必要であ る. 極薄 シ リコン酸化膜 の場合,単 結 晶Si基 板 か らの光 電子回折強度分布や酸化膜 中でのSi 2p光 電子の弾性散 乱 がSi基 板 か らのSi 2p光 電子 スペ ク トル強度 に及 ぼ す影響 を無視す るこ とはで きない.こ れ まで にSiお よ び シ リコン酸化物 中の電子の脱出深 さに関す る報 告5-16) は数多 くなされ ているが,こ れ らの影響 を考慮 した研究 に は,我 々の報 告13,14,16)以 外 で はLuら11)と Katayama ら12,15)による報告があ るのみであ る.こ れ ら3グ ル ープ のSiお よび シ リコン酸化 膜中 のSi 2p光 電子 の脱 出深 さの値11,12,16)は ほぼ等 しい.特 に,Luら9)の 報 告は定量 的な検討に加 えて,他 の多 くの膜厚 決定方法 との整合性 もあ り信頼性が高 い. Luら はC-V法,偏 光解 析法,透 過 電子顕 微鏡 に よ る断面観察法 によ り決定 した極薄 シ リコン酸化膜 の膜厚 *1 武蔵工業大学工学部(世 田谷区玉堤1-28-1) *2 宇宙科学研究所(相 模原市由野 台3 -1-1)

Accurate Thickness Determination of Ultrathin Silicon Oxide Filmby X-ray Photoelectron Spectroscopy