電気化学的エッチング法によるシリコンウエハー表面の原子レベルの平坦化

使用电化学蚀刻方法对硅片表面进行原子级平坦化

基本信息

批准号：
12750723
负责人：
叶深
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は全反射赤外(ATR-FTIR)分光測定により、種々の湿式エッチング法で得た水素終端化したH-Si(100)表面構造を調べ、Si(100)表面の平坦化の可能性について議論した。(1)HF溶液のpHと濃度の依存性:エッチング用のHF溶液pHの減少により、(111)方向の異方性エッチングが抑制され、平坦な(100)表面の形成が可能だとSTM測定による研究成果が報告された。種々の低pHのエッチング溶液にSi(100)を所定時間浸漬した後、ex situ ATR-IR測定により、Si(100)表面の水素終端化の状態を観察した。ブロードなdehydride(SiH_2)とmonohydride(Si-H)のピークが観測され、溶液pH及び濃度の違いによるATR-IRスペクトル形状に大きな変化は認められなかった。STM測定で観察する表面の範囲は非常に小さいため、本分光測定結果により、低pHでエッチングする場合、平坦なSi(100)ドメンサイズは極めて小さいと推測した。(2)電気化学的制御による効果:Siの電極電位を制御することにより、Si(100)のエッチング速度の制御を試みた。N-Si(100)の電位をSiのフラットバンド電位より負の電位領域で制御しながらSi-H/SiH_2の赤外バンドの強度、ピーク位置及び半値幅をエッチング時間及び電極電位の関数としてin situ及びex situ ATR-FTIR測定により調べた。水素発生領域まで電位を制御することにより、Si(100)表面の平坦さの増加は確認されたが、H-Si(111)ほどの平坦な表面はまだ実現されていない。また、実際工業プロセスへの応用には問題がまだ多くある。(3)Si表面に金属薄膜の成長:上記のATR-IR測定を行う際、より強い表面増強赤外吸収の効果を出すために、Si表面に金属の超薄膜の成長の可能性についても同時に検討した。これまでに実現したCuの他に、Si電極の表面にAu,Pt,Pd及びその合金の成長をエッチング溶液中に無電解法によって試みた。これらの超薄膜を表面増強赤外分光法(SEIRAS)の測定に適用し、PtやPdなどの貴金属の超薄膜のSEIRAS測定に初めて成功した。

在这项研究中，我们利用全反射红外（ATR-FTIR）光谱研究了通过各种湿法蚀刻方法获得的氢封端的H-Si（100）表面结构，并研究了平坦化Si（100）表面的可能性。。 (1)对HF溶液的pH和浓度的依赖性：STM测量表明，通过降低用于蚀刻的HF溶液的pH，可以抑制(111)方向上的各向异性蚀刻，使得可以形成平坦的(100)表面。报告了研究结果。将Si(100)浸入各种低pH蚀刻溶液中预定的时间后，通过异位ATR-IR测量观察Si(100)表面的氢终止状态。观察到宽的二氢化物 (SiH_2) 和一氢化物 (Si-H) 峰，并且由于溶液 pH 和浓度的差异，ATR-IR 光谱形状没有观察到重大变化。由于 STM 测量中观察到的表面积非常小，我们从光谱测量中推断出，在低 pH 值蚀刻时，平坦的 Si(100) 域尺寸极小。 (2)电化学控制的效果：我们尝试通过控制Si电极电位来控制Si(100)的刻蚀速率。将N-Si(100)的电位控制在比Si的平带电位更负的电位区域时，测量了Si-H/SiH_2的红外带的强度、峰位置和半宽度作为函数通过原位和非原位 ATR-FTIR 测量对蚀刻时间和电极电势进行了研究。尽管已证实通过控制直至氢产生区域的电势可提高Si(100)表面的平坦度，但尚未实现与H-Si(111)一样平坦的表面。此外，将其应用到实际工业过程中还存在许多问题。 (3) 在Si表面生长金属薄膜：在进行上述ATR-IR测量时，我们还考虑了在Si表面生长超薄金属薄膜的可能性，以获得更强的表面增强红外光我考虑过吸收效果。除了迄今为止已经实现的Cu之外，我们还尝试在蚀刻溶液中使用化学镀方法在Si电极表面生长Au、Pt、Pd及其合金。我们将这些超薄膜应用于表面增强红外光谱（SEIRAS）测量，并首次成功地对Pt和Pd等贵金属超薄膜进行了SEIRAS测量。