Reflectance of dielectric films on Si in the VUV region

Abstract

Determination of the optical properties of dielectric films on Si is crucial to the characterization of the electrical properties such as the band gap and the density of impurity levels within the gap. In this study, a method of determining the optical constants of a dielectric thin film on Si was investigated using only the normal incidence reflectance spectra. The method is based on the use of Fresnel laws, via an iterative process. Reflectance measurements were carried out on BL (Beamline)-1 using a high-vacuum chamber with facilities for reflectance spectroscopy. The measured reflectance spectra of thermal SiO2 films with different thickness grown on the Si(100) substrate, compared with the calculated reflectance curves obtained based on the Fresnel laws. The best fits to the experimental reflectance were obtained through iterative process. The extinction coefficient k obtained for the thermal oxide film and a TEOS (Tetraethoxysilane) oxide film were shown in figure. The value of k obtained for the TEOS oxide film is enhanced in the range of 7 to 9 eV, which suggests that for the TEOS oxide film impurity or defect levels are presented in the band gap.

シリコン上の誘電膜の光学的性質の測定は、バンドギャップやギャップ内の不純物レベルの濃度のような電気的性質の特性を表わすために重要である。本研究は、シリコン上の誘電膜の光学定数測定法を通常の入射反射スペクトルのみを使って検討した。フレネル法則の使用をベースとした反復プロセスによる方法である。反射率測定は、反射分光装置つきの高真空チャンバを使って、ビームライン(BL)1で行った。Si(100)基盤上に成長した、種々の厚みの熱SiO2膜の測定反射スペクトルをフレネルの法則に基づいて得た計算反射曲線と比較した。実験結果との最良の適合は反復プロセスによって得た。熱酸化膜およびテトラエトキシシラン(TEOS)酸化膜について得た消衰係数kを図示した。TEOS酸化膜に対して得られたk値は7?9eV範囲で増大する。これはTEOS酸化膜について、不純物または欠陥準位がバンドギャップ内に存在することを示唆している。