電子・光子分光法による金属ー半導体界面合金化過程および電子状態の研究

利用电子和光子能谱研究金属-半导体界面合金化过程和电子态

• 批准号: 02232105
• 负责人: 岩見 基弘
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-02232105/
• 关键词: シリサイド; シリコン界面; 界面構造; 非破壊分析; 電子状態; 光電子分光; 軟X線分光; 金属シリサイド

金属(薄膜)ー半導体(基板)接合界面では,室温程度の低温においても合金属が生成する現象を解明することを目指して,軟X線励起による放出光電子の分光[光電子分光法(PES)]や,電子励起により放射された軟X線の分光[軟X線分光法(SXES)]により,その接合界面での電子状態,および原子的構造を実験的に明らかにする研究を行った。筆者らの一部を含むグル-プはPESの研究から,共鳴光電子放出の現象を初めてAu(θ〜1)/Si(111)2x1系において見いだし,界面合金化過程における金属原子の初期吸着段階での化学結合の重要性を示唆した。これは今年度の研究から,コバルトのようなAu以外の金属とシリコンの接合系でも同様に起こっていることが明らかにされた。ところで,金属シリサイドにおける金属原子とシリコン原子との間の化学結合については,金属のd電子と,シリコンの3p電子との間の結合のみが価電子帯のフェルミ準位付近の主要な部分を構成しているというようにこれまで信じられてきた。しかし,これまでのNi(Co)ーシリサイドについてのわれわれのSXES法による研究から,Si(3s)起源の電子状態もフェルミ準位付近まで状態密度を持つことが明らかにされた。本年度は遷移金属としてTiおよびZrを取り上げて実験を行った。そしてTiSi_2のSiーL_<2.3>放射軟X線分光測定の結果,TiSi_2からのSiーL_<2.3>スペクトルには,価電子帯の頂上付近の信号が,バルクSiのそれと比較して増大している特徴が見いだされた。このスペクトルをX線光電子分光法により求めたSi(2p)準位の結合エネルギ-を用いて結合エネルギ-にひきなおし,理論計算の結果と比較し検討した。その結果,TiSi_2のSiーL_<2.3>軟X線スペクトルに観測されたE_F付近の信号は,主としてSi(s)価電子状態に起因するものと結論された。また,このようにSiーL_<2.3>軟X線スペクトルがSiとTiSi_2とで異なることを用いることにより,Ti(薄膜)/Si(基板)接合界面の分析を試みた。その結果,Ti(超薄膜)/Si(基板)接合を数100℃程度の低い温度で熱処理した場合,表面にTiSi_2結晶薄膜が形成され,そのTiSi_2薄膜と基板Siとの接合部に結晶TiSi_2とは異なるTiSi_2層が形成されていることが明らかなった。この結果は,試料断面を透過電子顕微鏡,および蛍光X線分析により調べた結果と矛盾しない。なおこれらの方法と比べたSXES法の利点は,非破壊分析法であることである。

The phenomenon of metal (thin film)-semiconductor (substrate) bonding interface formation at room temperature and low temperature is explained. The electron state of the bonding interface is explained by the spectroscopy of photoelectrons emitted by soft X-ray excitation (PES) and the spectroscopy of electron excitation (SXES). We conduct practical and explicit research on the structure of atoms. In this paper, the importance of chemical bonding in the initial adsorption stage of metal atoms during the process of interface alloying is demonstrated. This year's research shows that the bonding system of metals other than Au has the same effect. The metal atom and the metal atom are chemically combined, and the metal d electron and the metal 3 p electron are combined, and the metal 3p electron and the metal 3p electron are combined, and the metal 3p electron and the metal 3 p electron are combined. Si(3s) origin, electronic state, quasi-position, density of state, etc. are studied by SXES method. This year's migration of metals to the United States and Europe The <2.3>results of soft X-ray spectroscopic determination of TiSi_2 and Si_L_emission show that the characteristics of TiSi_2 and Si_L_S_S<2.3>_ The results of theoretical calculation are compared with those of X-ray photoelectron spectroscopy. The results show that the signal near <2.3>E_F is detected by Si_L_soft X-ray of TiSi_2, and the main reason for Si_S_electron state is that Si_L_soft X-ray of TiSi_2 is detected by E_F. The <2.3>analysis of Ti(thin film)/Si(substrate) bonding interface by soft X-ray. As a result, TiSi_2 crystalline thin film was formed on the surface of Ti(ultra thin film)/Si(substrate) joint at about 100℃ and TiSi_2 crystalline thin film was formed on the surface of Ti(ultra thin film)/Si (substrate) joint at about 100℃. The results are contradictory to those obtained by electron microscopy and X-ray analysis. SXES method has advantages over other methods, and non-breaking analysis method has advantages over other methods.

项目成果

M.Iwami,M.Hirai,M.Kusaka,H.Nakamura,H.Watabe and F.Akao: "Soft Xーray Spectroscopy(SXS)Study of Electronic and Atomic Structures of a NiーSilicide/Si System" Vacuum. 41. 1046-1048 (1990)

M.Iwami、M.Hirai、M.Kusaka、H.Nakamura、H.Watabe 和 F.Akao：“软 X 射线光谱 (SXS) 研究镍硅化物/硅系统的电子和原子结构”真空。 41. 1046-1048 (1990)

H.Nakamura,M.Hirai,M.Kusaka and M.Iwami: "Electronic and Atomic Structure of a CoーSilicide/Si Contact System" Vacuum. 41. 875-877 (1990)

H.Nakamura、M.Hirai、M.Kusaka 和 M.Iwami：“共硅化物/硅接触系统的电子和原子结构”真空。 41. 875-877 (1990)

H.Nakamura,M.Iwami,M.Hirai,M.Kusaka,F.Akao and H.Watabe: "Valenceーband Electronic Structure of NiSi_2 and CoSi_2:Evidence of the Si s Electronic State at the Fermi Edge" Phys.Rev.B. 41. 12092-12095 (1990)

H.Nakamura、M.Iwami、M.Hirai、M.Kusaka、F.Akao 和 H.Watabe：“NiSi_2 和 CoSi_2 的价带电子结构：费米边 Si 电子态的证据”Phys.Rev .B 41. 12092-12095 (1990)

M.Iwami,H.Nakamura,M.Hirai,M.Kusaka,Y.Azuma and F.Akao: "Contributuion of the Si S Electronic State to the Density of State of CoSi_2 at Fermi Energy by Soft Xーray Spectroscopy" Jpn.J.Appl.Phys.Lett.29. 284-286 (1990)

M.Iwami、H.Nakamura、M.Hirai、M.Kusaka、Y.Azuma 和 F.Akao：“通过软 X 射线光谱研究 Si S 电子态对费米能级 CoSi_2 态密度的贡献”Jpn .应用物理快报.284-286 (1990)

H.Watabe,H.Nakamura,M.Iwami,M.Hirai and M.Kusaka: "Electronic and Structural Study of Ni(Co)/Si(111) Contact System Studied by Soft Xーray Emission Spectroscopy" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.159. 173-176 (1990)

H.Watabe、H.Nakamura、M.Iwami、M.Hirai 和 M.Kusaka：“通过软 X 射线发射光谱研究 Ni(Co)/Si(111) 接触系统的电子和结构研究”Mat.Res。 Soc.Symp.Proc.159。173-176 (1990)