(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧(V)を印加される誘電体層(3)の電気分極、紫外線放射による前記誘電体層の照射、及び前記誘電体層によって放出される電子の最大結合エネルギーに対応する光子放出閾値(Es)の測定を含む、紫外線光子放出分光法による前記誘電体層(3)の特性化方法において、
前記誘電体層(3)全体にわたって107 V/cm未満の電場が確立されるように、前記直流電圧を変化させながら、前記測定を繰り返し、
前記印加される直流電圧の値毎に、前記光子放出閾値を測定し、
前記直流電圧の平方根に応じて測定した前記光子放出閾値を集めて成る直線上の線形回帰によって、ゼロ電圧における前記光子放出閾値を算出することを特徴とする特性化方法。
【請求項２】
前記誘電体層は、10nm以上の厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の特性化方法。
【請求項３】
前記誘電体層の電子親和力(qx)の算出のステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の特性化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、紫外線光子放出分光法によって誘電体層を特性化する方法であり、この誘電体層は、以下に説明するように、通常は100ナノメートルオーダーの厚い誘電体を有する特定用途のものである。
【背景技術】
【０００２】
高誘電率又は低誘電率の誘電体の電子親和力は、境界面での漏れ電流のレベルを決定し、よって部品の信頼性を決定するものであるため、電子産業において測定することが重要な特性である。
【０００３】
この電子親和力の測定は、紫外線光子放出分光法により行うことができる。誘電体材料を、
【数１】
0005490123.tif 000002
のエネルギーを有する紫外線によって照射して、この材料の原子をイオン化する。その後、誘電体材料の表面から電子が放出され、これらの電子を検出するときに、これらの電子の運動エネルギーEcを測定することができる。検出した電子の放出強度のスペクトルは、次式
【数２】
0005490123.tif 000003
を適用することにより、これらの電子の結合エネルギーELの関数としてプロットすることが可能である。図１に示す代表的なスペクトルは、結合エネルギーELが最も高いピーク1を含む。ピーク１は、この材料内で減速された二次電子に相当する。スペクトルの残りの部分は、幾分平坦域のような形状を有し、材料の価電子帯の電子に相当する。スペクトルは、ピーク1側での光子放出閾値Esにより制限されるとともに、価電子帯の占有領域の最大レベルを規定する他方の閾値Evにより制限される。次に、関係式
【数３】
0005490123.tif 000004
により、誘電体の電子親和力を算出する。ここで、
【数４】
0005490123.tif 000005
は、材料のギャップであり、既知であるものと仮定し、XPS、偏光解析、又はREELS技術により測定することができる。「ギャップ」という用語は、材料の伝導帯の底部から材料の価電子帯の最上部までのエネルギー区間を意味する。実際には、ES及びEVは、スペクトルの隣接部分の線形調整と図の水平軸との交点により取得する。
【０００４】
この特性化方法の難点の1つは、光子放出閾値ESは０の運動エネルギーを有する電子に相当するため、光子放出閾値ESを正確に決定することに関係する。電子は、材料から放出され、分光計に入って検出されるために、エネルギーを伝達しなければならない。よって、事前措置なしに、電子を検出することは不可能である。測定対象の試料の表面から引き抜かれる電子を加速させるために測定対象の試料に直流分極電圧Vを印加し、分光計の表面のポテンシャル障壁を横断するのに十分な追加エネルギーを電子に与えることは、従来から行われている。試料に印加するこの電圧は、-4Vと-10Vとの間とすることができる。よって、図中で測定される閾値は、
【数５】
0005490123.tif 000006
に等しい。閾値Esの値を得るために必要なことは、この値から分極電圧Vの値を差し引くことだけである。分極電圧Vの値は、オペレーターにより選定されたものであるため、既知である。
【０００５】
しかし、このような進め方は、厚い誘電体には適用不可能である。なぜなら、厚い誘電体の光子放出閾値Esは、例えば（100nmの厚さの多孔質SiOCH誘電体層用の）次の表1に従って、厚い誘電体に印加する分極電圧Vの関数として、変化するからである。この閾値Esは、試料がこれより薄い、例えば10nmである場合、この分極電圧に依存しないか、少ししか依存しない。
【０００６】
【表１】
0005490123.tif 000007
【０００７】
価電子帯の最大閾値Evは、逆に、大体一様である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、厚い誘電体の光子放出閾値の改良された特性化方法を提案することにある。該方法は、誘電体の紫外線光子放出スペクトルに対する分極電圧の影響を補正するとともに、段落〔０００４〕で述べたように、このゼロ分極での直接測定が不可能であるにも関わらず、この閾値の基準、すなわちゼロ分極電圧に対する信頼性のある推定値を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
よって、本発明の一般的態様は、直流電圧を印加する層の電気分極と紫外線放射によるこの層の照射とを含む、紫外線光子放出分光法による誘電体層の特性化方法である。光子放出閾値の測定は、試料の厚さに応じて、107 V/cm未満の電場が確立されるように、例えば-4Vと-40Vとの間の範囲に渡って直流電圧Vを変化させながら、繰り返し行う。基準光子放出閾値は、印加電圧Vの平方根に応じた、光子放出閾値の測定値を集めて成る直線上の線形回帰により算出する。
【００１０】
実際に、発明者は、107 V/cm台未満の電場値に関して更に高い信頼性を以って、光子放出閾値と試料全体にわたる分極電圧の平方根との間の線形相関を観測した。一方、これより高い電場では、この相関はもはや存在しない。試料内で発生する電場効果は、印加電圧の絶対値の増加とともに、表面のポテンシャル障壁の二次関数的な低減を誘発する。このことが、観測された相関を説明する。
【００１１】
以下、本発明を、図面を参照しながら、さらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】前述した紫外線光子放出スペクトルを示す図である。
【図２】測定装置を示す図である。
【図３】フローチャートである。
【図４】結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、図２を説明する。測定する試料は、支持部4上の誘電体層3を含む。支持部4は、シリコン製とすることができる。支持部4は、電源6によって負の分極電圧が印加される試料保持部5上に配置する。試料保持部5と試料の前面7との間に、銀エナメルブリッジを形成する。試料の前面7からは電子が放出される。銀エナメルブリッジは、誘電体層3及び支持部4の周囲を覆う。この装置は、紫外光の放出器8及び分光計9も含む。同様に試料中に誘導される電流の測定を可能にするパラメータ解析器などの、分極を応用した他の手段を用いることもできる。検出は、10−8バール未満の圧力を有する真空内で行う。
【００１４】
電子親和力の測定工程を要約するフローチャートは、図３に示すフローチャートである。（例えば、10nm以上の厚さの）厚い試料の場合、ステップ11では、試料の分極により、107V/cm未満の電場を生成する。ステップ12では、例えば-4 Vと-40 Vとの間の可変分極電圧を印加する。ステップ13では、電圧値毎に、対応するスペクトルを測定する。ステップ14では、これらのスペクトル毎に、放出閾値Esを抽出するとともに、反対側の閾値EVも同様に抽出する。図１に関して前述したように、スペクトルへの接線と水平軸との交点を算出する線形調整を適用する。放出閾値の異なる値を、印加する分極電圧Vの平方根の関数としてプロットする。ステップ15では、結果的な直線を、線形調整により決定する。この直線を図４において符号10で表す。測定点は符号11で示す。これにより、ステップ16及び17において、線形回帰により、ゼロ分極電圧（関数10の点12）に対応する閾値を外挿して推定することが可能になる。
【００１５】
最後に、ステップ18において、上記の方程式を用いて電子親和力を算出することができる。
【００１６】
10nm未満の厚さの誘電体に対しては、従来の方法を適用することができる。電圧を印加することによってスペクトルを測定し、この電圧は、（5・106 V/cmより強い電場に相当する）-5 Vとすることができる。線形調整により閾値ES及びEVを推定し、ステップ18と同様の方法で電子親和力を算出する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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