ハロゲン原子によるSi表面単原子層形成とその低エネルギー除去に関する研究

卤素原子在硅表面形成单原子层及其低能去除研究

• 批准号: 08455022
• 负责人: 堀池 靖浩
• 金额: $ 5.63万
• 依托单位: The University of Tokyo (1998)Toyo University (1996-1997)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08455022/
• 关键词: デジタルエッチング; 自己停止反応; XPS; FTIR-ATR; FTIR-RAS; フッ素終端シリコン表面; 水素終端シリコン表面; 自然酸化膜除去; フッ素; 水素終端Si表面; フッ素終端Si表面; 原子層エッチング; 2原子層酸化; 水素ラジカル; (NH_4)_2SiF_6; Si-F結合切断しきいエネルギ; 酸化; 無損傷化; ATR; 高波数側シフト; 5配位状態

本研究においては、Siを1原子層ずつエッチングするデジタルエッチングの実現を目的にして研究を遂行した。これまでの研究から我々は水素終端したSi(111)表面にフッ素分子雰囲気中に曝すと水素がフッ素と入れ代わり、表面に単原子層のSiF層が形成されるというような自己停止反応が生じるということを明らかにしている。そこでまず第2章において、イオン照射によるF化Si層の除去の可能性を見極めるために低速Ar^+イオンを入射し、F-Si結合の除去エネルギーのしきい値を求めた結果、その下限値は18eVでありSiF層自体は非常に安定であることが分かった。そこでSiF層を直接除去することは難しいと考え、第3章においてはF終端Si表面のバックボンドを純水処理により酸化し、形成した2分子酸化層をHF溶液処理により除去するとともに再H終端化を行い、また表面をF終端化するという手順を繰り返してSi(111)表面のダブルレイヤー除去を試み、概ねこれを実現することができた。しかしながら本方法の場合、試料を真空中と大気中に交互に搬送しなければならないため非常に煩雑とならざるを得なかった。そこで第4章ではF終端Si表面を還元性分子であるNH_3に曝してSi表面への電子供与に伴うSi単原子層除去を試みたが約0.4分子層のSiF層が除去されたところで反応が停止してしまった。さらに第5章ではF終端Si表面に気相処理で2分子酸化層を形成する自己停止反応を見出すべく、種々の方法で酸化したときのその表面状態の変化調べた結果、O_2/NH_3曝露によりそれが実現できることが分かった。最後に第6章では、第5章での検討の結果O_2/NH_3曝露により形成された2分子酸化層の除去を表面の再水素終端化と共に加熱NF_3/NH_3処理により実現できることを示した。

在本研究中，我们以实现一次蚀刻Si原子层的数字蚀刻为目的进行了研究。基于之前的研究，我们发现，当氢封端的Si(111)表面暴露在氟分子气氛中时，会发生自终止反应，其中氢取代氟，并在表面形成单原子SiF层。明确表示。因此，在第二章中，我们首先注入低速Ar^+离子来确定离子辐照去除F-Si层的可能性，并确定F-Si键去除能量的阈值为18eV，表明： SiF层本身非常稳定。因此，我们认为直接去除SiF层是困难的，因此在第3章中，我们通过纯水处理氧化了F封端Si表面的背键，通过HF溶液处理去除了形成的双分子氧化层，并重新我们尝试通过重复氧化Si(111)表面和F终止表面的步骤来去除Si(111)表面上的双层，并且能够实现这一点。然而，在这种方法中，样品必须交替输送到真空和大气中，这使得过程非常复杂。因此，在第4章中，我们试图通过向Si表面提供电子，将F封端的Si表面暴露于还原分子NH_3来去除Si单原子层，但在去除了大约0.4分子层的SiF层后，反应停止了已经停止了。此外，在第五章中，为了发现通过气相处理在F封端Si表面形成双分子氧化层的自终止反应，我们研究了通过各种方法氧化时表面状态的变化，结果发现：发现O_2/NH_3暴露导致我发现它可以实现。最后，在第6章中，作为第5章研究的结果，表明通过表面再氢封端和加热NF_3/NH_3处理可以实现O_2/NH_3暴露形成的双分子氧化层的去除。 。

项目成果

堀池靖浩(分担): "次世代ULSIプロセス技術"リアライズ社. 825 (2000)

Yasuhiro Horiike（撰稿人）：“下一代 ULSI 工艺技术”Realize Inc. 825 (2000)

Y.Horiike,Y.Morikawa,H.Ogawa,T.Ichiki,A.Tachibana,H.Fujimura: "Reaction of Fluorine Atom and Molecule with Hydrogen-Terminated Si (111) Surface" Proc.Int.Workshop on Basic Aspects of Nonequilibrium Plasmas Interacting with Surfaces. 1-2 (1997)

Y.Horiike,Y.Morikawa,H.Okawa,T.Ichiki,A.Tachibana,H.Fujimura：“氟原子和分子与氢终止的 Si (111) 表面的反应”Proc.Int.Workshop on Basic Aspects

Y.Morikawa、K.Kubota、H.Ogawa、T.Ichiki、A.Tachibana、S.Fujimura and Y.Horiike: "Reaction of fluorine atom and molecule with hydrogen-terminated Si(111) Surface"J.Vac.Sci.& Technol.A. 16(1). 345-355 (1998)

Y.Morikawa、K.Kubota、H.Okawa、T.Ichiki、A.Tachibana、S.Fujimura 和 Y.Horiike：“氟原子和分子与氢封端的 Si(111) 表面的反应”J.Vac.Sci .& 技术.A. 16(1)。

堀池靖浩(分担): "半導体大事典"工業調査会. 2011 (1999)

Yasuhiro Horiike（撰稿人）：《半导体百科全书》工业研究组 2011 年（1999 年）。

H.Ogawa、T.Arai、Y.Feurprier、Y.Takamura、T.Ichiki and Y.Horiike: "In-situ Observation of Si Native Oxide Removal Employing Hot NH_3/NF_3"21st Symp.on Dry Process、Nov.11-12、Tokyo. 273-278 (1999)

H.Okawa、T.Arai、Y.Feurprier、Y.Takamura、T.Ichiki 和 Y.Horiike：“采用热 NH_3/NF_3 去除硅自然氧化物的原位观察”第 21 届 Symp.on 干法，11 月 11 日-12，东京273-278（1999）