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。

这项研究检查了通过总反射红外（ATR-FTIR）光谱通过各种湿蚀刻方法获得的氢终止的H-SI（100）表面结构，并讨论了Si（100）表面平面化的可能性。（1）pH和HF溶液浓度的依赖性：已经报道了STM测量结果的研究结果，HF溶液的pH值降低用于蚀刻的pH值抑制（111）方向的各向异性蚀刻，从而允许形成平坦的表面（100）表面。将Si（100）浸入各种低pH蚀刻溶液中的指定时间之后，通过EXATU ATR-ATR-IR测量观察到Si（100）表面的氢终止状态。观察到宽阔的脱水（SIH_2）和一氢化物（SI-H）峰，由于溶液pH和浓度的差异，ATR-IR光谱形状中未观察到重大变化。由于在STM测量中观察到的表面积非常小，因此光谱测量结果表明，在低pH值以低pH值蚀刻时，扁平的Si（100）Domen尺寸非常小。（2）电化学控制的影响：我们试图通过控制Si的电极电位来控制Si（100）的蚀刻速率。通过原位和原位ATR-ATR-FTIR测量结果研究了红外带强度，峰位置和Si-H/SIH_2的一半宽度，作为蚀刻时间和电极电位的功能，同时控制N-SI（100）在负电势区域中的电势比Si的平面电位的电势。通过控制氢生成区域的电势，已经确认了Si（100）表面的平坦度的增加，但是尚未实现像H-SI（111）一样平坦的平坦表面。实际上，在工业流程中的应用仍然存在许多问题。（3）金属薄膜在Si表面上的生长：为了获得更强的表面增强红外吸收，还研究了在Si表面上生长金属超薄膜的可能性。除了迄今已实现的CU外，在蚀刻溶液中尝试了Au，Pt，Pd及其合金在Si电极表面的生长。这些超薄膜被应用于表面增强的红外光谱（SEIRAS）测量，并且首次成功地对PT和PD等贵金属的超薄膜进行了SEIRAS测量。