JP2674802B2 - Silicon solid surface deactivation method - Google Patents
Silicon solid surface deactivation methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、シリコン固体表面の不活性化方法に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、半導体製
造工程における薄膜形成のための基板として好適なシリ
コン固体清浄表面の化学的変性を効果的に抑制すること
のできるシリコン固体表面の不活性化方法に関するもの
である。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for inactivating a silicon solid surface. More specifically, the present invention relates to a method for inactivating a silicon solid surface which can effectively suppress chemical modification of a silicon solid clean surface suitable as a substrate for forming a thin film in a semiconductor manufacturing process. .
（従来の技術） 従来より、半導体製造工程におけるシリコン固体表面
上への各種薄膜の形成は極めて重要な技術となってい
る。一般的に、シリコン固体表面へ薄膜を形成するにあ
たっては、シリコン固体の表面に存在する酸化膜等の表
面汚染物を完全に除去することが必須である。このため
の方法として、超高真空中での700℃以上の高温加熱や
超高真空中での加速したイオンによるエッチングなどの
方法がこれまでに知られている。しかしながら、これら
の方法で清浄化された表面には多数のダングリングボン
ドが存在し、極めて活性で清浄化後の再酸化等の反応が
起こりやすい。これを防ぐには、特に清浄に管理された
超高真空中でシリコン固体表面を取り扱うことが必要で
あり、その扱いはめんどうで、極めて不便であるのが実
状である。(Prior Art) Conventionally, formation of various thin films on a silicon solid surface in a semiconductor manufacturing process has been an extremely important technology. Generally, when forming a thin film on the surface of a silicon solid, it is essential to completely remove surface contaminants such as an oxide film existing on the surface of the silicon solid. As methods for this purpose, methods such as high temperature heating at 700 ° C. or higher in ultra-high vacuum and etching with accelerated ions in ultra-high vacuum have been known so far. However, a large number of dangling bonds are present on the surface cleaned by these methods, and they are extremely active, and reactions such as reoxidation after cleaning easily occur. In order to prevent this, it is necessary to handle the silicon solid surface in an ultra-high vacuum that is controlled to be clean, and the handling is cumbersome and extremely inconvenient.
（発明が解決しようとする問題点） この発明は、このような従来技術の欠点を克服し、こ
れまでにないまったく新しい発想に基づくシリコン固体
清浄表面の不活性化方法を提供し、これによって清浄化
後のシリコン固体表面の清浄化度の維持を極めて簡便な
ものにすることを目的としている。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention overcomes the above-mentioned drawbacks of the prior art and provides a method for deactivating a silicon solid clean surface based on an entirely new idea. The purpose is to make it very easy to maintain the cleanliness of the silicon solid surface after oxidization.
（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するために、シリコン
固体清浄表面の硅素原子の外側に向いた結合手を原子状
解離させた水素によって終端することを特徴とするシリ
コン固体表面の不活性化方法を提供する。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that a bond facing outward of a silicon atom on a silicon solid clean surface is terminated by atomically dissociated hydrogen. A method for deactivating a silicon solid surface is provided.
すなわち、この発明は、超高真空中での高温加熱によ
ってシリコン固体表面の酸化膜や膜有機汚染物を完全に
除去した後の清浄化最表面の硅素原子の外側に向いた如
何なる元素とも結合していない状態の結合手（ダングリ
ングボンド）を原子状解離させた水素原子で終端するこ
とによって不活性化する。That is, the present invention combines with any element facing the outside of the silicon atom on the cleansing outermost surface after completely removing the oxide film and the film organic contaminants on the silicon solid surface by high temperature heating in ultra-high vacuum. It deactivates by terminating the bond (dangling bond) in the non-existing state with atomically dissociated hydrogen atoms.
（作 用） この発明によれば、シリコン固体の清浄表面の反応性
を大幅に低下することが可能で、望まない化学種による
シリコン固体表面の化学的変性の可能性を飛躍的に減少
することができる。薄膜形成時に水素原子は自動的に離
脱し、薄膜形成を阻害することはなく、また、たとえ水
素の自動脱離が不十分な場合でも、500℃に加熱するこ
とによって水素を完全に脱離することが可能である。こ
のため、半導体製造工程上極めて有用な表面処理方法と
なる。(Operation) According to the present invention, it is possible to significantly reduce the reactivity of the clean surface of the silicon solid, and to dramatically reduce the possibility of chemical modification of the silicon solid surface by unwanted chemical species. You can Hydrogen atoms are automatically desorbed during thin film formation and do not hinder thin film formation. Also, even if the automatic desorption of hydrogen is insufficient, hydrogen is completely desorbed by heating to 500 ° C. It is possible. Therefore, the surface treatment method is extremely useful in the semiconductor manufacturing process.
（実施例） 以下に、水素原子により終端する場合の実施例を示
し、さらにこの発明の方法について詳述する。(Example) An example in the case of terminating with a hydrogen atom will be shown below, and the method of the present invention will be further described in detail.
ａ）表面に薄い酸化膜が存在するシリコンウエハを超高
真空で750℃以上に加熱することによって、２×１超格
子構造RHEEDパターンを示し、かつオージェ測定におい
ても硅素以外に炭素や酸素が検出されない清浄表面、す
なわち、如何なる元素とも結合していない状態の結合手
（ダングリングボンド）を有する清浄表面、を作成し
た。a) A silicon wafer having a thin oxide film on the surface is heated to 750 ° C or higher in an ultrahigh vacuum to show a 2 × 1 superlattice structure RHEED pattern, and carbon and oxygen are detected in addition to silicon in Auger measurements. An uncleaned surface, that is, a clean surface having a dangling bond in a state where it was not bonded to any element was prepared.
ｂ）得られた清浄表面シリコンウエハを第１図に示した
水素化用真空容器に導入して表面水素化を行った。b) The obtained clean surface silicon wafer was introduced into the hydrogenation vacuum container shown in FIG. 1 for surface hydrogenation.
すなわち、第１図に示したように、シリコンウエハ
（１）を試料ホルダー（２）にのせる。この試料ホルダ
ー（２）はホルダー受け（３）に装着している。That is, as shown in FIG. 1, the silicon wafer (1) is placed on the sample holder (2). The sample holder (2) is attached to the holder receiver (3).
1900K以上に加熱したタングステン製フィラメント
（４）によって外部から導入した水素ガス（５）より原
子状水素を発生させる。原子状水素への解離は、この加
熱による熱解離をはじめエネルギー線の照射や高電圧の
印加等によって行ってもよい。試料のシリコンウエハ
（１）はフィラメント（４）から５〜10cmの位置に置
く。水素圧力５×10-7〜２×10-6Torrになるようにバリ
アブルリークバルブによって調節する。15分以上の処理
を行なったシリコンウエハ（１）は１×1RHEEDパターン
を示すとともに、オージェスペクトルにおいてもこのシ
リコンウエハ（１）からは硅素以外の他の元素が検出さ
れなかったことから、最表面に存在する硅素原子のタン
グリングポンドのすべてが水素によって完全に終端され
たことが確認された。Atomic hydrogen is generated from the hydrogen gas (5) introduced from the outside by the tungsten filament (4) heated to 1900K or more. Dissociation into atomic hydrogen may be performed by thermal dissociation by this heating, irradiation of energy rays, application of high voltage, or the like. The sample silicon wafer (1) is placed 5 to 10 cm from the filament (4). Adjust the hydrogen pressure to 5 × 10 -7 to 2 × 10 -6 Torr with a variable leak valve. The silicon wafer (1) that had been treated for 15 minutes or longer showed a 1 × 1 RHEED pattern, and no elements other than silicon were detected from this silicon wafer (1) in the Auger spectrum as well. It was confirmed that all of the tungling pounds of silicon atoms present in were completely terminated by hydrogen.
ｃ）水素化処理を行なったシリコンウエハ（１）を空気
中に２時間放置した後のXPSのSi2pスペクトルを水素化
を、行なっていないものと比較して第２図に示した。第
２図（ａ）（ｂ）は、各々処理前と処理後のスペクトル
を示している。c) The Si2p spectrum of XPS after leaving the hydrogenated silicon wafer (1) in the air for 2 hours is shown in FIG. 2 in comparison with that without hydrogenation. 2 (a) and 2 (b) show spectra before and after treatment, respectively.
測定条件は、Ｘ線源A1α1,2、光電子の脱出角度は試
料表面に対して30゜とした。ピーク（１）（２）は、各
々、金属硅素成分および酸化硅素成分を示している。こ
の第２図から明らかなように、酸化成分の生成速度は表
面水素によって10分の１以下に大幅に低下していること
がわかる。これは、シリコンウエハ表面の硅素原子のダ
ングリングボンドのすべてが水素によって終端されて化
学的活性が大幅に低下したことによるものである。The measurement conditions were an X-ray source A1α 1,2 and a photoelectron escape angle of 30 ° with respect to the sample surface. Peaks (1) and (2) indicate a metal silicon component and a silicon oxide component, respectively. As is apparent from FIG. 2, it can be seen that the production rate of the oxidative component is significantly reduced to less than 1/10 due to surface hydrogen. This is because all of the dangling bonds of silicon atoms on the surface of the silicon wafer were terminated by hydrogen, and the chemical activity was significantly reduced.
（発明の効果） この発明の方法により、シリコン固体清浄表面の反応
性を大幅に低下することが可能で、望まない化学種によ
るシリコン固体表面の化学的変性の可能性を画期的に減
少することができる。また、薄膜形成時にこの化学種は
自動的に離脱し、薄膜形成を阻害する可能性は低い。た
とえ自動脱離が不十分な場合でも、加熱することによっ
て完全に脱離させることが容易に可能で、極めて有用な
表面処理方法が実現される。(Effect of the Invention) By the method of the present invention, it is possible to significantly reduce the reactivity of the silicon solid clean surface, and dramatically reduce the possibility of chemical modification of the silicon solid surface by unwanted chemical species. be able to. Further, the chemical species are automatically released during thin film formation, and it is unlikely that the thin film formation is hindered. Even if the automatic desorption is insufficient, it can be easily desorbed completely by heating, and a very useful surface treatment method is realized.
第１図は、水素原子による終端処理に用いる装置例を示
した構成図である。 第２図は、シリコンウエハのＸ線光電子分光Si2pスペク
トル図である。 １……Siウエハ ２……試料ホルダー ３……ホルダー受け ４……タングステン製フィラメント ５……水素ガス ６……イオンポンプ ７……ターボモレキュラーポンプFIG. 1 is a block diagram showing an example of an apparatus used for termination processing by hydrogen atoms. FIG. 2 is an X-ray photoelectron spectroscopy Si2p spectrum diagram of a silicon wafer. 1 …… Si wafer 2 …… Sample holder 3 …… Holder holder 4 …… Tungsten filament 5 …… Hydrogen gas 6 …… Ion pump 7 …… Turbo molecular pump
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石谷 炯 滋賀県甲賀郡甲西町菩提寺2093―66 (56)参考文献 特開 昭62−272540（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Satoshi Ishitani 2093-66, Bodaiji Temple, Kosai Town, Koga-gun, Shiga Prefecture (56) References JP-A-62-272540 (JP, A)
Claims (1)
高真空中で高温加熱し、生成されたシリコン固体清浄表
面の硅素原子の外側に向いた如何なる元素とも結合して
いない状態の結合手を原子状解離させた水素によって終
端することを特徴とするシリコン固体清浄表面の不活性
化方法。1. A bond in a state in which a silicon solid having an oxide film on its surface is heated to a high temperature in an ultra-high vacuum at a high temperature and is not bonded to any element directed to the outside of the silicon atom on the produced silicon solid clean surface. A method for deactivating a silicon solid clean surface, characterized by terminating with atomically dissociated hydrogen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP63249418A JP2674802B2 (en) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | Silicon solid surface deactivation method |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297020A JPH0297020A (en) | 1990-04-09 |
| JP2674802B2 true JP2674802B2 (en) | 1997-11-12 |
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| JP (1) | JP2674802B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS62272540A (en) * | 1986-05-20 | 1987-11-26 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor |
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1988
- 1988-10-03 JP JP63249418A patent/JP2674802B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0297020A (en) | 1990-04-09 |
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