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公開番号2025177055
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2024083552
出願日2024-05-22
発明の名称校正方法
出願人国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人
主分類G01N 23/2273 20180101AFI20251128BHJP(測定;試験)
要約【課題】X線光電子分光法で炭素含有の半導体を測定する場合の校正を正確に行うこと。
【解決手段】炭素含有の半導体に金属の第1の層を形成することと、前記第1の層が形成された前記半導体をX線光電子分光法で測定したときの前記金属の第1のエネルギ準位に由来した第1の結合エネルギを特定することと、前記第1の層が形成された前記半導体に絶縁体の第2の層を形成することと、前記第2の層をX線光電子分光法で測定したときの前記第1のエネルギ準位に由来した第2の結合エネルギを特定することと、前記第2の層をX線光電子分光法で測定したときの元素の第2のエネルギ準位に由来した第3の結合エネルギを、前記第1の結合エネルギと前記第2の結合エネルギとの差だけ校正した第4の結合エネルギを算出することとを含む、校正方法による。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
炭素含有の半導体に金属の第１の層を形成することと、
前記第１の層が形成された前記半導体をＸ線光電子分光法で測定したときの前記金属の第１のエネルギ準位に由来した第１の結合エネルギを特定することと、
前記第１の層が形成された前記半導体に絶縁体の第２の層を形成することと、
前記第２の層をＸ線光電子分光法で測定したときの前記第１のエネルギ準位に由来した第２の結合エネルギを特定することと、
前記第２の層をＸ線光電子分光法で測定したときの元素の第２のエネルギ準位に由来した第３の結合エネルギを、前記第１の結合エネルギと前記第２の結合エネルギとの差だけ校正した第４の結合エネルギを算出することと、
を含む、校正方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１の層を形成することは、前記第１の層に開口を形成することを含み、
前記第２の層を形成することは、前記開口内の前記半導体に前記第２の層を形成することを含む、
請求項１に記載の校正方法。
【請求項３】
前記元素として炭素を採用したときの前記第４の結合エネルギと、前記元素として前記絶縁体の構成元素を採用したときの前記第４の結合エネルギとの第１の差を算出することと、
前記絶縁体の第３の層に含まれる前記構成元素の前記第２のエネルギ準位に由来した第５の結合エネルギと、前記第３の層の価電子帯上端（ＶＢＭ）との第２の差を算出することと、
前記第１の層が形成された前記半導体に含まれる炭素の前記第２のエネルギ準位に由来した第６の結合エネルギと、前記半導体の価電子帯上端（ＶＢＭ）との第３の差を算出することと、
前記第１の差と前記第２の差とを前記第３の差から減算した値を、前記半導体と前記第２の層との価電子帯オフセット（ＶＢＯ）として算出することと、
を更に含む、請求項１又は請求項２に記載の校正方法。
【請求項４】
前記第３の層は前記第２の層よりも厚い、
請求項３に記載の校正方法。
【請求項５】
前記第２の層と前記第３の層は相が同じである、
請求項３又は請求項４に記載の校正方法。
【請求項６】
前記相は、アモルファス相である、
請求項５に記載の校正方法。
【請求項７】
前記第３の層をシリコン基板の上に形成することを更に有し、
前記第５の結合エネルギと前記第３の層の価電子帯上端（ＶＢＭ）は、Ｘ線光電子分光法の測定値をＣ１ｓの結合エネルギで校正した値である、
請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の校正方法。
【請求項８】
前記半導体の価電子帯上端（ＶＢＭ）は、前記第１の層が形成されていない状態での値である、
請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の校正方法。
【請求項９】
前記第６の結合エネルギは、Ｘ線光電子分光法での測定値を、いずれの結合エネルギを用いて校正しない値である、
請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載の校正方法。
【請求項１０】
前記金属は、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、及びＭｇ（マグネシウム）のいずれかである、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の校正方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、校正方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド等の炭素系の半導体材料は、ワイドバンドギャップ、高熱伝導率、高耐圧、化学安定性、及び放射線耐性等の特徴を有しており、これらの特徴を活かした電子デバイスが検討されている。特に、ダイヤモンドを用いたＭＩＳ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタやＭＩＳトランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ）は、高電力、高周波、及び高温の各特性に優れている。
【０００３】
例えば、非特許文献１は、表面が水素で終端されたダイヤモンド（Ｈ－ダイヤモンド）を用いたＭＩＳＦＥＴのカットオフ周波数が７０ＧＨｚと高く、耐圧も１７００Ｖと非常に高いと報告している。また、非特許文献２は、ホウ素がドープされたダイヤモンド（Ｂ－ダイヤモンド）を用いたＭＩＳＦＥＴが、５００℃の高温でも電流のｏｎ／ｏｆｆ比が１０
９
よりも高く、高温特性に優れていると報告している。
【０００４】
更に、ダイヤモンドは、不純物をドープすることでｐ型半導体やｎ型半導体にすることができるため、電子回路に応用することもできる。ダイヤモンドを用いたＭＩＳキャパシタやＭＩＳＦＥＴを製造するには、絶縁層とダイヤモンドとの界面におけるバンド構造を理解する必要がある。そのバンド構造を理解することで、ＭＩＳキャパシタの容量を最適化したり、ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧、電荷の注入及び抽出、リーク電流密度、及びデバイスの安定性を知ることができる。このように、ダイヤモンドと絶縁層との界面のバンド構造を明らかにすることは、ダイヤモンドを用いた信頼性の高いＭＩＳ型デバイスを製造するのに有用である。
【０００５】
バンド構造を調査する技術としては、ＸＰＳ（Ｘ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、容量－電圧測定、電流－電圧測定、及びケルビンプローブフォース顕微鏡等がある。なかでも、ＸＰＳは、バンド曲がりを非破壊で測定できる等の点において他の技術よりも有利である。例えば、表面が水素で終端されたダイヤモンド（Ｈ－ダイヤモンド）や、ボロンがドープされたダイヤモンド（Ｂ－ダイヤモンド）の上に、種類が異なる種々の絶縁層を形成した場合のバンドオフセットをＸＰＳで測定することができる。
【０００６】
ＸＰＳにおいては、Ｘ線が照射された試料から放出される電子の運動エネルギスペクトルを測定することで、試料の元素組成や化学結合状態を調査する。但し、Ｘ線の照射によって試料表面に電荷が帯電すると、測定した電子の運動エネルギが本来の位置からずれる。例えば、試料表面が正に帯電すると、放出した電子と試料表面との間のクーロン引力によって、帯電がない場合よりも運動エネルギが小さくなる。そのため、ＸＰＳにおいては、このような運動エネルギのずれを低減するための校正が行われる。校正は、試料表面の炭素汚染に由来するＣ１ｓの結合エネルギをＸＰＳにより特定し、その結合エネルギと既知のＣ１ｓの結合エネルギ（約２８４．８ｅＶ）との差だけエネルギスペクトルをシフトさせることで行われる（非特許文献３、４）。
【０００７】
しかしながら、ダイヤモンド等の炭素含有の半導体材料においては、材料自身に含まれる炭素に由来したＣ１ｓの結合エネルギが強く現れ、材料表面の炭素汚染に由来するＣ１ｓの結合エネルギを特定できない。しかも、材料自身に含まれる炭素に由来したＣ１ｓの結合エネルギは、材料内部における炭素の結合状態によって変わるため、それを既知のＣ１ｓの結合エネルギ（約２８４．８ｅＶ）に合わせるようにエネルギスペクトルをシフトさせたのでは校正が不正確となる。その結果、ダイヤモンド等の炭素含有の半導体材料の上に絶縁層を形成した場合のバンドオフセットをＸＰＳで正確に測定するのは困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
Ｊ．Ｗ．Ｌｉｕ，他３名，“ＢａｎｄｏｆｆｓｅｔｓｏｆＡｌ２Ｏ３ａｎｄＨｆＯ２ｏｘｉｄｅｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙａｔｏｍｉｃｌａｙｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄｄｉａｍｏｎｄ”，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，第１０１巻、第２５２１０８頁、２０１２年
Ａ．Ｍａｒｅｃｈａｌ，他６名，“Ｅｎｅｒｇｙ－ｂａｎｄｄｉａｇｒａｍｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＡｌ２Ｏ３／ｏｘｙｇｅｎ－ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄｐ－ｄｉａｍｏｎｄｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，第１０７巻，第１４１６０１頁，２０１５年
ＦａｎｇＤｅ，他３名，“ＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｎｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙｐｏｓｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈＣ１ｓｆｏｒＸＰＳｒｅｓｕｌｔｓ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｄ．，第３５巻，第７１１頁，２０２０年
ＴｈｏｍａｓＲ．Ｇｅｎｇｅｎｂａｃｈ，他３名，“Ｐｒａｃｔｉｃａｌｇｕｉｄｅｓｆｏｒｘ－ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＸＰＳ）：Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｉｎｇｔｈｅｃａｒｂｏｎ１ｓｓｐｅｃｔｒｕｍ”，第３９巻，第０１３２０４頁，２０２１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一つの側面では、本発明は、Ｘ線光電子分光法で炭素含有の半導体を測定する場合の校正を正確に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一側面によれば、校正方法は、炭素含有の半導体に金属の第１の層を形成することと、前記第１の層が形成された前記半導体をＸ線光電子分光法で測定したときの前記金属の第１のエネルギ準位に由来した第１の結合エネルギを特定することと、前記第１の層が形成された前記半導体に絶縁体の第２の層を形成することと、前記第２の層をＸ線光電子分光法で測定したときの前記第１のエネルギ準位に由来した第２の結合エネルギを特定することと、前記第２の層をＸ線光電子分光法で測定したときの元素の第２のエネルギ準位に由来した第３の結合エネルギを、前記第１の結合エネルギと前記第２の結合エネルギとの差だけ校正した第４の結合エネルギを算出することと、を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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