JP2005142445A - Surface treatment method of silicon substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種半導体集積回路の基板として用いられるシリコンの表面を平坦化及び清浄化するための処理方法、さらに詳しくいうと、シリコン基板表面の酸化被膜を除去した際、表面を清浄化するとともに規則的な原子ステップを生じさせるための処理方法に関するものである。 The present invention relates to a processing method for planarizing and cleaning the surface of silicon used as a substrate for various semiconductor integrated circuits, and more specifically, when the oxide film on the surface of the silicon substrate is removed, the surface is cleaned. The present invention relates to a processing method for generating regular atomic steps.
現在、各種の電子機器に用いられている半導体素子のほとんどはシリコン基板を用いたものである。これらの半導体素子の中で、中央演算処理素子いわゆるマイクロチップやメモリー素子などの集積回路はシリコン(00l)表面上に微細な電子回路網を形成したものであるが、最近これらは益々微細化の傾向にあり、それとともにシリコン基板の平坦化及び清浄化への要求も厳しくなってきている。 Currently, most semiconductor elements used in various electronic devices use silicon substrates. Among these semiconductor elements, integrated circuits such as central processing elements, so-called microchips and memory elements, are formed by forming a fine electronic circuit network on the silicon (001) surface. Along with this trend, the demand for planarization and cleaning of the silicon substrate is becoming stricter.
例えば、現在主に使用されているLSIでは、シリコン表面に設けられる電気回路配線の最小加工寸法は約0.13μm程度である。更なる高性能化のためLSIを微細化すると、2010年頃には配線の最小加工寸法は約0.04μm程度が必要とされるようになると考えられている。そして、このような微細な回路網を作成するには、シリコン(001)表面における平坦度をさらに向上させることが必要な上に、汚染も極めて低いレベルに抑えなければならない。 For example, in the LSI that is mainly used at present, the minimum processing dimension of the electric circuit wiring provided on the silicon surface is about 0.13 μm. If the LSI is miniaturized for further performance enhancement, it is considered that the minimum processing dimension of wiring is required to be about 0.04 μm around 2010. In order to create such a fine network, it is necessary to further improve the flatness on the silicon (001) surface, and the contamination must be suppressed to an extremely low level.
ところで、シリコン表面を清浄化するには、これまで先ずシリコン表面に酸化被膜を形成し、これをフッ化水素酸で溶解除去すると同時に表面に露出する最外層のシリコン原子の結合手を水素原子で終端する方法が知られている。通常、シリコン表面は酸化被膜で覆われており、これを取り去ると、新たに露出するシリコン表面は非常に活性であるため、大気中においてただちに酸素と反応して表面が酸化され、かつ汚染物質を吸着して表面の汚染をもたらすが、上記のように、酸化被膜の除去と同時に、最外層のケイ素原子の結合手を水素原子で終端すると、ケイ素原子と水素原子の結合が強固であるためシリコン表面が不活性化し、大気中に放置しても、短時間では酸化や汚染物質の吸着が阻止されるようになる。 By the way, in order to clean the silicon surface, an oxide film is first formed on the silicon surface, and this is dissolved and removed with hydrofluoric acid, and at the same time, the bonds of the outermost silicon atoms exposed on the surface are replaced with hydrogen atoms. Termination methods are known. Usually, the silicon surface is covered with an oxide film, and once removed, the newly exposed silicon surface is very active, so it immediately reacts with oxygen in the atmosphere to oxidize the surface and remove contaminants. Adsorption causes surface contamination. As described above, when the outermost silicon atom bond is terminated with a hydrogen atom simultaneously with the removal of the oxide film, the bond between the silicon atom and the hydrogen atom is strong. Even if the surface is inactivated and left in the atmosphere, oxidation and adsorption of pollutants are prevented in a short time.
しかしながら、これまで用いられているフッ化水素酸においては、溶液中に存在する水酸イオンによりシリコン(001)表面が侵食されたり、またその中に溶存している酸素により酸化被膜除去過程中にシリコン表面が酸化され、その部分がさらにフッ化水素酸によって溶解されるため、シリコン(00l)表面の平坦度が低下するという欠点がある。 However, in the hydrofluoric acid used so far, the silicon (001) surface is eroded by the hydroxide ions present in the solution, and the oxide film is removed during the process of removing the oxide film by the oxygen dissolved therein. Since the silicon surface is oxidized and the portion is further dissolved by hydrofluoric acid, there is a drawback that the flatness of the silicon (001) surface is lowered.
一方、酸化被膜をフッ化水素酸で溶解除去して清浄化する際には、シリコン(001)表面のケイ素原子を水素原子で終端したときに、表面に形成されるジハイドライド分子における水素原子同士の反発力により、あるいは、酸化被膜の溶解時にそれを構成する分子相互の作用により表面歪みを生じるのを免れないが、この表面歪みはシリコン(001)表面に存在する凹凸により緩和され表面エネルギーが小さくなっている。したがって、この表面を平坦化して凹凸を取り除くと、歪みが不均一に蓄積し、この蓄積した部分は他の部分よりも表面エネルギーが大きいため、フッ化水素、水酸イオン、溶存酸素の作用を受けやすくなりむしろ不均一な凹凸を発生することになる。 On the other hand, when the oxide film is dissolved and removed with hydrofluoric acid for cleaning, when the silicon atoms on the silicon (001) surface are terminated with hydrogen atoms, the hydrogen atoms in the dihydride molecules formed on the surface It is inevitable that surface distortion is caused by the repulsive force of the surface or by the interaction between molecules constituting the oxide film when it dissolves, but this surface distortion is alleviated by the unevenness existing on the silicon (001) surface, and the surface energy is reduced It is getting smaller. Therefore, when this surface is flattened and unevenness is removed, distortion accumulates unevenly, and this accumulated part has a larger surface energy than other parts, so the action of hydrogen fluoride, hydroxide ions, and dissolved oxygen It becomes easier to receive, and rather uneven unevenness is generated.
そのため、シリコン表面を溶液処理により平坦化するためには、ジハイドライド分子間の反発力が蓄積しないように、表面を正確な(00l)方位からわずかに傾斜させることで規則的な原子ステップを表面にあらかじめ導入し、反発力をそれぞれのステップの終端部分で緩和させる方法が本発明者らによりすでに提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to planarize the silicon surface by solution treatment, regular atomic steps are formed by slightly inclining the surface from the correct (00l) orientation so that the repulsive force between dihydride molecules does not accumulate. The present inventors have already proposed a method for reducing the repulsive force at the end of each step by introducing it in advance (see, for example, Patent Document 1).
しかしながらこの方法では、平坦化が可能なのはごく限られた傾斜角度を持ったシリコン表面のみで、一般に広く使用されている、表面方位がほぼ正確な(00l)方位を持ったシリコン表面に関しては、表面全体にわたって清浄化と同時に平坦化を行う方法はまだ知られていない。 However, in this method, only a silicon surface having a limited inclination angle can be flattened. Generally, a silicon surface having a (001) orientation whose surface orientation is almost accurate is generally used. It is not yet known how to perform planarization simultaneously with cleaning throughout.
一方、溶液処理以外でシリコン表面を清浄化および清浄化する方法として、水素を含んだガス中でシリコン表面を900℃以上に加熱するという手法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。この手法では、高温にすることでシリコン表面上の原子の拡散を促進して平坦化し、それと同時に最外層のケイ素原子の結合手を水素原子で終端するというものである。この場合、溶液処理を用いたシリコン(001)表面の平坦化と異なり、どんな結晶方位を持った表面でも清浄化、平坦化が可能であるという特長を持つ。 On the other hand, as a method for cleaning and cleaning the silicon surface other than solution processing, a method of heating the silicon surface to 900 ° C. or higher in a gas containing hydrogen is known (for example, see Non-Patent Document 1). . In this method, by increasing the temperature, the diffusion of atoms on the silicon surface is promoted and flattened, and at the same time, the bonds of the outermost silicon atoms are terminated with hydrogen atoms. In this case, unlike the planarization of the silicon (001) surface using solution processing, the surface having any crystal orientation can be cleaned and planarized.
しかし、このような、900℃以上の高温でシリコン表面を加熱清浄化する手法は現在用いられているLSIの製作に直接取り入れることは困難である。通常のLSIでは、微細な素子を同一のチップ内に多数作り込む必要があり、素子同士間の電流の干渉を防ぐため、素子と素子の間には、素子分離のための厚い酸化シリコンなどの絶縁膜が作り込んである。900℃以上の高温では、素子分離のための絶縁膜が溶解してしまい、素子間の絶縁性が保てなくなるおそれがある。そのため、実際のLSIの作成に用いるという観点からみると、(00l)方位を持ったシリコン表面の全体にわたって清浄化と同時に平坦化を行う方法はまだ知られていない。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、その目的は、第1に、特定の傾斜角の方位においてのみ平坦化が可能であることのないようにすること、換言すると傾斜角依存性のない平坦化方法を提供できるようにすることであり、第2に、素子分離膜などの既存の酸化被膜を除去することのない清浄化、平坦化の方法を提供できるようにすることである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the object of the present invention is to first prevent flattening only in a specific inclination angle direction. In other words, it is possible to provide a flattening method that does not depend on the inclination angle. Second, a cleaning and flattening method that does not remove an existing oxide film such as an element isolation film is provided. It is to be able to provide.
上記の目的を達成するため、本発明によれば、シリコン表面上を平坦化、清浄化するシリコン基板の表面処理方法であって、
(1)傾斜角が4°以下の(001)面を主面とするシリコン結晶を有するシリコン基板を、水酸イオン減少剤を含むフッ化水素水溶液で処理して、シリコン基板表面に形成されている酸化被膜を溶解除去する工程と、
(2)気体中においてシリコン基板を加熱する工程と、
を有するシリコン基板の表面処理方法、が提供される。
そして、好ましくは、前記第(1)の工程に先だってシリコン基板の表面に酸化膜を形成する工程が付加される。また、好ましくは、前記第(2)の工程での気体中に水素が含まれる。また、一層好ましくは、前記第(2)の工程における加熱温度は900℃以下である。
To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a silicon substrate surface treatment method for planarizing and cleaning a silicon surface,
(1) A silicon substrate having a silicon crystal having a (001) plane with an inclination angle of 4 ° or less as a main surface is treated with a hydrogen fluoride aqueous solution containing a hydroxide ion reducing agent to be formed on the surface of the silicon substrate. A step of dissolving and removing the oxide film,
(2) heating the silicon substrate in gas;
A method for surface treatment of a silicon substrate is provided.
Preferably, a step of forming an oxide film on the surface of the silicon substrate is added prior to the first step (1). Preferably, hydrogen is contained in the gas in the step (2). More preferably, the heating temperature in the step (2) is 900 ° C. or lower.
本発明によれば、(001)方位から特定の傾斜角を持たせることなく、通常に入手可能なシリコン基板を用い、入手容易な処埋液を用い、入手可能なガスを用いて、単に特定の条件下での酸化被膜の除去と、ガス中での加熱処理を組み合わせることにより、特殊な装置を用いることなく簡単にシリコン(001)表面の清浄化と同時に単原子オーダーでの平坦化を行うことができる。そして、水酸イオン減少剤を含むフッ化水素水溶液中への浸漬により、相当程度に高い平坦度の表面が得られていることから、シリコン原子が十分に拡散可能であるとされる900℃以上の加熱は必要ではなく、それ以下の処理温度による僅かな拡散により高度な平坦性が得られる。したがって、素子分離に用いられる絶縁膜の溶解温度よりも低い温度での加熱温度で済むことから、素子分離膜に損傷を与えることなく原子オーダー平坦化を実現できる。 According to the present invention, a silicon substrate that is normally available is used without giving a specific tilt angle from the (001) orientation, an easily available processing solution is used, and an available gas is used to simply specify. By combining the removal of the oxide film under the above conditions and the heat treatment in gas, the silicon (001) surface can be easily cleaned and planarized in the single atom order without using a special apparatus. be able to. And, since a surface with a considerably high flatness is obtained by immersion in a hydrogen fluoride aqueous solution containing a hydroxide ion reducing agent, it is said that silicon atoms can be sufficiently diffused at 900 ° C. or higher. Heating is not necessary, and a high degree of flatness can be obtained by slight diffusion at a lower processing temperature. Therefore, since the heating temperature lower than the melting temperature of the insulating film used for element isolation is sufficient, flattening of the atomic order can be realized without damaging the element isolation film.
図1は、本発明の処理方法を実施するための処理装置を示す概略図である。まず、シリコン基板1上に酸化被膜2が形成される。これは熱酸化により形成されるがドライ法、ウエット法のいずれを用いてもよい。また、積極的に熱酸化を行わなくてもよい。シリコン基板1は、(001)面を主面とするが4°程度までの傾斜角(off angle)を持つものであってもよい。シリコン基板1は、また、埋め込み酸化膜を内部に有するSOI基板であってもよい。シリコン基板1は、酸化被膜2を除去するために処理溶液11中に浸漬される。
FIG. 1 is a schematic view showing a processing apparatus for carrying out the processing method of the present invention. First, the
本発明方法において、酸化被膜を溶解除去するために用いる処理液としては、除去後のシリコン表面最外層におけるシリコン原子の結合手を水素原子で終端させる必要上フッ化水素を含有する水溶液にする必要がある。
また、シリコンに対して平坦化を阻害するような侵食を与えず、酸化被膜のみを選択的に、かつシリコン表面の各結晶構造に等価な除去を実現するためには、水酸イオン減少剤を加えて処理液中の水酸イオン濃度を低下させることが必要である。
In the method of the present invention, the treatment solution used for dissolving and removing the oxide film needs to be an aqueous solution containing hydrogen fluoride, because it is necessary to terminate the bond of silicon atoms in the outermost layer of the silicon surface with hydrogen atoms. There is.
In addition, in order to selectively remove only the oxide film and to remove it equivalent to each crystal structure on the silicon surface without giving erosion that inhibits flattening to silicon, a hydroxide ion reducing agent is used. In addition, it is necessary to reduce the hydroxide ion concentration in the treatment liquid.
この水酸イオン減少剤としては、フッ化水素水溶液中の水酸イオン濃度をできるだけ少なくする作用、換言すれば水素イオン濃度をできるだけ増加させる作用をもつ物質が用いられる。このようなものとしては、フッ化水素酸以外の無機酸であって、かつシリコン表面に酸化被膜を再生する効果を持たないものを選択する必要があり、例えば塩化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸などが用いられる。特に好ましいのはフッ化水素と塩化水素とを含む水溶液例えばフッ化水素および塩化水素をそれぞれ1%から25%および20%から40%程度の濃度で含む水溶液である。一般に水酸イオンはシリコン表面を侵食する作用を有するので、処理液中の水酸イオンはできるだけ少なくするのが好ましいが、10−12mol/l以下の濃度にすれば十分である。この濃度は従来使用されているフッ化水素酸の場合の1/l0程度である。
また、この処理液としては、酸化被膜の溶解除去中での酸化物の再生を抑制するために、溶存酸素が少ないものを用いるのが好ましい。好ましい溶存酸素濃度は10ppb以下である。
As the hydroxide ion reducing agent, a substance having an action of reducing the hydroxide ion concentration in the hydrogen fluoride aqueous solution as much as possible, in other words, an action of increasing the hydrogen ion concentration as much as possible, is used. As such, it is necessary to select an inorganic acid other than hydrofluoric acid and not having an effect of regenerating an oxide film on the silicon surface. For example, hydrochloric acid, hydrobromic acid, Hydroiodic acid or the like is used. Particularly preferred is an aqueous solution containing hydrogen fluoride and hydrogen chloride, for example, an aqueous solution containing hydrogen fluoride and hydrogen chloride at concentrations of about 1% to 25% and 20% to 40%, respectively. In general, since hydroxide ions have the action of eroding the silicon surface, it is preferable to reduce the amount of hydroxide ions in the treatment liquid as much as possible, but a concentration of 10 −12 mol / l or less is sufficient. This concentration is about 1/10 of that of conventionally used hydrofluoric acid.
Further, as this treatment liquid, it is preferable to use a liquid having a small amount of dissolved oxygen in order to suppress the regeneration of the oxide during dissolution and removal of the oxide film. A preferable dissolved oxygen concentration is 10 ppb or less.
前述の方法によってシリコンに対する侵食をできる限り与えないようにして酸化被膜を剥離した後、シリコン基板は加熱処理を行うための処理容器12に移動される。処理容器12には、ガス供給装置13と排気装置14とが接続されており、所望のガスを所望の分圧で供給できるようになされている。図示されていないが、ガス供給装置13には、不純物、残存酸素を除去する純化装置が付設されている。また、図示されていないが、処理容器内の温度を昇温する加熱装置が備えられている。処理容器12内が、ガスで満たされた後、所定の温度まで昇温され、一定時間保持の後処理を終了する。
本発明において、シリコン基板を加熱処理するためのガスは、処理後の表面のシリコンの未結合手を水素で終端させる必要性から、水素を含むガスを用いることが望ましい。
After the oxide film is peeled off in such a manner that the silicon is not eroded as much as possible, the silicon substrate is moved to the
In the present invention, as the gas for heat-treating the silicon substrate, it is desirable to use a gas containing hydrogen because it is necessary to terminate the dangling bonds of silicon on the surface after the treatment with hydrogen.
処理中に十分シリコン表面を水素終端化および清浄化するためガス中の水素の分圧は高いほうが望ましいが、およそ0.01Torr(1.33Pa)以上あれば十分である。
また、このガスは純粋な水素ガスの他、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス中に水素ガスを混合したガスでも使用できる。
また、このガス中には、シリコン表面の酸化、あるいは侵食を防止するため、酸素や水などの酸素原子を含有する物質を実質上含まないように高純度化することが必要である。
A high partial pressure of hydrogen in the gas is desirable to sufficiently hydrogen-terminate and clean the silicon surface during processing, but approximately 0.01 Torr (1.33 Pa) or more is sufficient.
In addition to pure hydrogen gas, this gas may be a gas obtained by mixing hydrogen gas in an inert gas such as argon or helium.
Further, in order to prevent oxidation or erosion of the silicon surface, the gas needs to be highly purified so as not to substantially contain a substance containing oxygen atoms such as oxygen and water.
本発明の手法では、あらかじめ溶液処理の際の表面の侵食が防止されているため、わずかな量のシリコン原子が拡散することで原子オーダーの平坦性が達成できることから、加熱処理の温度は一般的にシリコン原子を十分拡散させるのに必要とされる900℃より低い温度で十分である。900℃以下の熱処理であれば酸化膜を溶解させないで済み素子分離膜を残存させることができる。しかし、溶解する酸化膜が存在しない条件下であれば900℃以上の熱処理を行うこともできる。また、本発明においては、僅かながらシリコンを拡散させる必要があることから650℃以上で熱処理を行うことが望ましい。 In the method of the present invention, since surface erosion during solution processing is prevented in advance, flatness on the atomic order can be achieved by diffusing a small amount of silicon atoms. A temperature lower than 900 ° C. required to sufficiently diffuse silicon atoms is sufficient. If the heat treatment is performed at 900 ° C. or lower, the element isolation film can be left without dissolving the oxide film. However, heat treatment at 900 ° C. or higher can be performed under conditions where there is no dissolved oxide film. In the present invention, since it is necessary to diffuse silicon slightly, it is desirable to perform heat treatment at 650 ° C. or higher.
図2は、本発明の第1の処理形態を示す工程順の断面図である。所定の導電型で所定の比抵抗を有する主面を(001)面とするシリコン基板1が用意され〔図2(a)〕、通常行われている清浄化処理により表面の汚染を十分に除去した後、熱酸化によりシリコン基板の表面に酸化被膜2を形成する〔図2(b)〕。シリコン基板を水酸イオン減少剤を含むフッ化水素水溶液に浸漬して酸化被膜2を剥離する〔図2(c)〕。これにより、凹凸の抑制された、水素原子によって終端されたシリコンを有する表面が得られる。乾燥処理の後、水素ガスを含む雰囲気中において熱処理が行われる。この熱処理により未終端手が終端されると共に、シリコン拡散により凹凸が解消される。よって、シリコン基板表面に単原子ステップの規則的なstep and terrace構造が得られる〔図2(d)〕。
FIG. 2 is a cross-sectional view in order of steps showing the first processing mode of the present invention. A
図3は、本発明の第2の処理形態を示す工程順の断面図である。所定の導電型で所定の比抵抗を有する主面を(001)面とするシリコン基板1が用意され〔図2(a)〕、通常行われている清浄化処理により表面の汚染を十分に除去した後、素子領域を画定する素子分離膜3を形成する〔図2(b)〕。素子分離膜3は、LOCOS法やシャロウトレンチ法など通常用いられている分離技術のいずれかを用いて形成されるものである。熱酸化によりシリコン基板の表面に酸化被膜2を形成する〔図2(c)〕。シリコン基板を水酸イオン減少剤を含むフッ化水素水溶液に浸漬して酸化被膜2を剥離する〔図2(d)〕。これにより、凹凸の抑制された、水素原子によって終端されたシリコンを有する表面が得られる。このとき、酸化被膜2と素子分離膜3とは膜厚差が十分に大きいので、素子分離膜3はほとんど膜減りしない。乾燥処理の後、水素ガスを含む雰囲気中において熱処理が行われる。この熱処理により未終端手が終端されると共に、シリコン拡散により凹凸が解消される。よって、シリコン基板表面に単原子ステップの規則的なstep and terrace構造が得られる〔図2(e)〕。
FIG. 3 is a cross-sectional view in order of steps showing the second processing mode of the present invention. A
処理基板として、ボロンの添加によりp型となったシリコン(001)基板を用いた。抵抗率はおよそ0.1Ω・cm程度である。初めに、基板表面の有機物汚染および重金属汚染を十分除去した後、大気開放型熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気下において基板を1000℃に加熱することでおよそ110nmの酸化被膜を形成した。 As a treatment substrate, a silicon (001) substrate which was made p-type by adding boron was used. The resistivity is about 0.1 Ω · cm. First, after sufficiently removing organic contaminants and heavy metal contamination on the substrate surface, the substrate was heated to 1000 ° C. in a dry oxygen atmosphere using an atmospheric open type thermal oxidation furnace to form an approximately 110 nm oxide film.
処理溶液としては、一般的に電子工業用に使用されているEL(電子工業)級フッ化水素酸(濃度50%)とEL(電子工業)級塩化水素(濃度36%)をおよそ1:20の体積比で混合したものを用いた。この際の溶液中のフッ化水素および塩化水素の濃度はそれぞれおよそ3容積%およびおよそ35容積%で、溶液中の水酸イオン濃度は約1×10−l3mol/lであった。溶液中の溶存酸素は除去したがその含有量は制御しなかった。
シリコン基板をこの処理溶液に浸漬し、およそ2分間程度放置した後、基板を処理溶液から引き上げて乾燥させ、基板を処理容器へと導入した。基板の処理溶液への浸漬方向は特に制御しなかった。
As the treatment solution, EL (electronic industry) grade hydrofluoric acid (concentration 50%) and EL (electronic industry) grade hydrogen chloride (concentration 36%), which are generally used for the electronics industry, are approximately 1:20. What was mixed by the volume ratio of this was used. At this time, the concentrations of hydrogen fluoride and hydrogen chloride in the solution were approximately 3% by volume and approximately 35% by volume, respectively, and the hydroxide ion concentration in the solution was approximately 1 × 10 −13 mol / l. Dissolved oxygen in the solution was removed, but its content was not controlled.
The silicon substrate was immersed in this processing solution and allowed to stand for about 2 minutes, and then the substrate was pulled up from the processing solution and dried, and the substrate was introduced into the processing container. The direction of immersion of the substrate in the treatment solution was not particularly controlled.
処理容器中に試料を導入した後容器をおよそ1×10−9Torr(1.33×10−7Pa)程度の真空にし、200℃程度に加熱して吸着している余分な溶液を除去した。その後およそ20Torr(2666Pa)の水素ガスを導入した。ガス中で基板をおよそ750℃に加熱して2分保持した。その後ガス中で冷却し、表面を走査トンネル顕微鏡で観察した。 After introducing the sample into the processing container, the container was evacuated to about 1 × 10 −9 Torr (1.33 × 10 −7 Pa) and heated to about 200 ° C. to remove the adsorbed excess solution. . Thereafter, about 20 Torr (2666 Pa) of hydrogen gas was introduced. The substrate was heated to approximately 750 ° C. in gas and held for 2 minutes. Thereafter, it was cooled in gas and the surface was observed with a scanning tunneling microscope.
図4は上記の手法により表面平坦化および清浄化を施したシリコン(001)表面の走査トンネル顕微鏡写真であり、観察領域の広さはおよそ100nm四方である。図4中に階段状に観察されるものは、走査トンネル顕微鏡写真から高さを測定すると、およそ0.14nmである。これはシリコン(001)の単原子高さに等しい。すなわち、これはシリコン(00l)の原子ステップである。この構造はシリコン(001)表面上に存在する構造の、高さの最小単位である。およそ750℃程度のガス中の加熱処理した表面上において、このように明瞭な単原子ステップの像はかつて得られたことはない。こうした構造が表面のほとんどの領域にわたって構築されていた。すなわち、今回用いた手法により、シリコン(001)表面の水素終端化と原子オーダーの平坦化とが同時に実現されたことがわかる。 FIG. 4 is a scanning tunneling micrograph of the silicon (001) surface that has been planarized and cleaned by the above-described method, and the observation area is approximately 100 nm square. What is observed stepwise in FIG. 4 is about 0.14 nm when the height is measured from a scanning tunneling micrograph. This is equal to the monoatomic height of silicon (001). That is, this is an atomic step of silicon (001). This structure is the minimum unit of height of the structure present on the silicon (001) surface. Such a clear single-atom step image has never been obtained on a heat-treated surface in a gas of about 750 ° C. These structures were built over most areas of the surface. That is, it can be seen that hydrogen termination on the surface of silicon (001) and planarization on the atomic order were realized at the same time by the method used this time.
1 シリコン基板
2 酸化被膜
3 素子分離膜
11 処理溶液
12 処理容器
13 ガス供給装置
14 排気装置
DESCRIPTION OF
Claims (18)
(1)傾斜角が4°以下の(001)面を主面とするシリコン結晶を有するシリコン基板を、水酸イオン減少剤を含むフッ化水素水溶液で処理して、シリコン基板表面に形成されている酸化被膜を溶解除去する工程と、
(2)気体中においてシリコン基板を加熱する工程と、
を有するシリコン基板の表面処理方法。 A silicon substrate surface treatment method for planarizing and cleaning a silicon crystal surface,
(1) A silicon substrate having a silicon crystal having a (001) plane with an inclination angle of 4 ° or less as a main surface is treated with a hydrogen fluoride aqueous solution containing a hydroxide ion reducing agent to be formed on the surface of the silicon substrate. A step of dissolving and removing the oxide film,
(2) heating the silicon substrate in gas;
A method for surface treatment of a silicon substrate.
The silicon substrate surface treatment method according to claim 1, wherein the silicon substrate is an SOI substrate.
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