JPH08293483A - Flattening method for solid surface with gas cluster ion beam - Google Patents

Flattening method for solid surface with gas cluster ion beam

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JPH08293483A
JPH08293483A JP5758795A JP5758795A JPH08293483A JP H08293483 A JPH08293483 A JP H08293483A JP 5758795 A JP5758795 A JP 5758795A JP 5758795 A JP5758795 A JP 5758795A JP H08293483 A JPH08293483 A JP H08293483A
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gas
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誠 秋月
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光昭 原田
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淳雅 土井
Akira Yamada
公 山田
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Abstract

PURPOSE: To prevent defects from being produced on the surface of a substrate by irradiating a solid surface with gas cluster ions being a massive group of atoms or molecules of a substance being gaseous at a normal temperature and pressure. CONSTITUTION: By using an oxide, a nitride, a carbide, a rear gas substance, and a mixed gaseous substance obtained by mixing them by a proper ratio, and so on, a cluster of gases of these substances are formed. A gas cluster ion beam obtained by ionization on irradiating this gas cluster with electrons under a condition of an accelerating voltage of 10kV irradiates solid surfaces, selecting a beam of specific size as occasion demands. Consequently, it becomes possible to flatten and cleanse the surfaces of boards under a lower temperature condition without damaging the surfaces.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、クラスターイオンビ
ームによる固体表面の平坦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、その他電子デバ
イス等の基板表面の平坦化や清浄化処理に有用な、常温
で気体物質のクラスターを用いての固体表面の処理方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for flattening a solid surface using a cluster ion beam.
More specifically, the present invention relates to a method for treating a solid surface using a cluster of a gas substance at room temperature, which is useful for flattening or cleaning the surface of a substrate such as a semiconductor or other electronic device.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】従来より、半導体等の電子デ
バイス等の基板表面の清浄化および平坦化などを目的に
各種の気相反応方法が開発され、たとえばスパッタリン
グ、真空蒸着、CVD、イオンビーム蒸着などの方法が
実用化されてきている。しかしながら、これら従来の方
法の場合には、対象とする基板表面の損傷、劣化等の好
ましくない影響を避けることが難しく、高精度、高品質
な電子デバイスの製造等にとって大きな課題となってい
た。
2. Description of the Related Art Conventionally, various gas phase reaction methods have been developed for the purpose of cleaning and flattening the surface of substrates such as electronic devices such as semiconductors. For example, sputtering, vacuum deposition, CVD, ion beam. Methods such as vapor deposition have been put to practical use. However, in the case of these conventional methods, it is difficult to avoid undesired effects such as damage and deterioration of the surface of the target substrate, which has been a major problem in manufacturing high-precision and high-quality electronic devices.

【0003】すなわち、たとえば、基板表面を平坦化す
る方法としてAr(アルゴン)ガスなどの単原子または
分子イオンを低角度で基板表面に照射し、スパッタリン
グすることによって平坦化する方法が知られている。し
かしながら、この従来の方法の場合には、基板表面に存
在した凸部が優先的に削られ、ある程度までは平坦化さ
れる一方で、スパッタリング前には存在しなかったさざ
波状の起伏が新たに生じるため、イオンの入射角をある
程度高角度にしてこれを抑制しなければならなかった。
だが、このような入射角の抑制は、逆に凸部のスパッタ
リングの優先性を弱めるとともに、入射イオンにより基
板表面の損傷を顕著なものとする。さらに、基板表面の
損傷を抑えるためには入射エネルギーを100eV程度
以下にする必要があるが、この場合にはイオン電流が極
端に少なくなり、実用的なスパッタリング速度が得られ
なくなるという欠点があった。
That is, for example, as a method of flattening the surface of a substrate, there is known a method of flattening by irradiating the surface of the substrate with a single atom or a molecular ion such as Ar (argon) gas at a low angle and sputtering. . However, in the case of this conventional method, the convex portions existing on the substrate surface are preferentially shaved and flattened to some extent, while ripples and undulations that did not exist before sputtering are newly added. Therefore, it is necessary to suppress the incident angle of the ions by setting it to a high angle to some extent.
However, such suppression of the incident angle, on the contrary, weakens the priority of the sputtering of the convex portion and makes the substrate surface remarkable due to the incident ions. Further, the incident energy needs to be about 100 eV or less in order to suppress the damage on the substrate surface, but in this case, the ion current becomes extremely small and a practical sputtering rate cannot be obtained. .

【0004】また、基板表面を清浄化する方法としてA
rなどの希ガス物質のイオンビームを基板表面に照射す
る乾式法や化学薬品に基板表面を侵食させる湿式法など
が知られている。しかしながら、イオンビームを照射す
る方法では、入射エネルギーが100eV以下ではイオ
ン電流が極端に少なくなるため、入射エネルギーを数k
eVと高くしたイオンビームを利用しなければならなか
った。そのため、基板表面には欠陥を発生させたり、あ
るいはArが表面に注入され不純物原子となるため、清
浄な表面が得られない等の欠点があった。
As a method for cleaning the substrate surface, A
Known methods include a dry method of irradiating the substrate surface with an ion beam of a rare gas substance such as r and a wet method of eroding the substrate surface with a chemical. However, in the method of irradiating with an ion beam, when the incident energy is 100 eV or less, the ion current becomes extremely small.
I had to use an ion beam that was raised to eV. Therefore, there are drawbacks such that defects are generated on the surface of the substrate, or Ar is injected into the surface to become impurity atoms, so that a clean surface cannot be obtained.

【0005】このため、ULSI等の高度エレクトロニ
クスの発展へと向かうための基板技術として、イオンビ
ームを用いながらも無損傷で基板表面を平坦化し、清浄
化することのできる新しいイオンビーム技術の実現が強
く望まれていた。この発明は、以上の通りの事情に鑑み
てなされたものであり、従来のイオンビーム技術の欠点
を解消し、基板表面に欠陥を生じさせることのない無損
傷表面平坦化、さらには清浄化を可能とする新しいイオ
ンビーム表面処理方法を提供することを目的としてい
る。
Therefore, as a substrate technology for advancing advanced electronics such as ULSI, it is possible to realize a new ion beam technology capable of flattening and cleaning the substrate surface without damage while using an ion beam. It was strongly desired. The present invention has been made in view of the circumstances as described above, eliminates the drawbacks of the conventional ion beam technology, and performs damage-free surface flattening without causing defects on the substrate surface, and further cleaning. It is an object of the present invention to provide a new ion beam surface treatment method that makes it possible.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、常温および常圧で気体状物質の
塊状原子集団または分子集団であるガスクラスターのイ
オンを固体表面に照射してその表面を平坦化することを
特徴とするガスクラスターイオンビームによる固体状面
の平坦化方法を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention irradiates a solid surface with ions of gas clusters, which are a group of aggregated atoms or molecules of a gaseous substance at room temperature and pressure. Provided is a method for flattening a solid surface by a gas cluster ion beam, which is characterized by flattening the surface.

【0007】また、この発明は、常温および常圧で気体
状の反応性物質の塊状原子集団または分子集団であるガ
スクラスターのイオンを基板表面に照射して反応させ、
基板表面に薄膜を形成すると同時に、基板表面を平坦化
する方法をも提供する。
Further, the present invention irradiates the surface of the substrate with ions of gas clusters, which are a group of massive atoms or a group of molecules of a reactive substance that is in a gaseous state at room temperature and atmospheric pressure, to cause a reaction.
A method is also provided for forming a thin film on a substrate surface and planarizing the substrate surface at the same time.

【0008】[0008]

【作用】すなわち、この発明では、前記した通りの常温
および常圧で気体状の物質、たとえば酸化物、窒化物、
炭化物、希ガス物質およびそれらの適度な割合での混合
気体状の物質などを用い、これら物質のガスクラスター
を形成し、これに電子照射してイオン化したガスクラス
ターイオンビームを固体表面に対して必要に応じて特定
のサイズのビームを選別して照射することを特徴として
いる。
In other words, according to the present invention, gaseous substances such as oxides and nitrides at room temperature and atmospheric pressure as described above are used.
Use of carbides, noble gas substances, and substances in the form of mixed gas in appropriate proportions of these substances to form gas clusters of these substances, and electron beam irradiation of these to generate gas clusters It is characterized by selecting and irradiating a beam of a specific size according to.

【0009】この場合、クラスターは、通常数百個の原
子または分子集団によって構成されているため、たとえ
加速電圧が10kVでもそれぞれの原子または分子は、
数十eV以下の超低速イオンビームとして照射されるの
で、極めて低損傷で固体表面を処理することができる。
そして、このガスクラスターイオンビームを固体表面に
照射すると、クラスターイオンを構成する分子または原
子種相互の、そしてそれらの固体表面の原子との多段階
での衝突により、横方向の運動成分を持った反射分子ま
たは原子を生じるため、これにより基板表面凸部の選択
的なスパッタリングが生じる。この効果を利用すること
により表面の平坦化を行うことができる。また、この平
坦化現象は表面に集中的に与えられるエネルギーによ
り、結合力の弱い表面凸部に存在する原子を優先的にス
パッタリングする効果からも得られる。さらに、この表
面からの選択的なスパッタリング効果により、平坦化と
同時に固体表面の不純物を除去して清浄化することも可
能となる。
In this case, since the cluster is usually composed of several hundreds of atoms or molecules, even if the acceleration voltage is 10 kV, each atom or molecule is
Since the irradiation is performed as an ultra-slow ion beam of several tens of eV or less, the solid surface can be treated with extremely low damage.
When a solid surface is irradiated with this gas cluster ion beam, the molecules or atomic species that make up the cluster ions collide with each other and with the atoms on the solid surface in multiple stages, resulting in a lateral motion component. This results in the selective sputtering of substrate surface protrusions, which results in the generation of reflective molecules or atoms. By utilizing this effect, the surface can be flattened. This flattening phenomenon can also be obtained from the effect of preferentially sputtering the atoms present in the convex portion of the surface, which has a weak bonding force, by the energy concentrated on the surface. Furthermore, due to the selective sputtering effect from this surface, it is possible to remove impurities on the solid surface and clean it at the same time as planarization.

【0010】そして、この発明では、常温および常圧で
気体状の反応生物質の塊状原子集団または分子集団であ
るガスクラスターのイオンを基板表面に照射して反応さ
せ、基板表面に薄膜を形成すると同時に、その表面を平
坦化することや、平坦化と同時に表面に形成された薄膜
をAr等の非反応性のガスクラスターイオンの照射、ま
たは、湿式法により除去して平坦な基板材料表面を露出
させることも可能としている。
Further, in the present invention, when ions of gas clusters, which are agglomerated atomic groups or molecular groups of a reaction product that are gaseous at room temperature and atmospheric pressure, are irradiated to the surface of the substrate to react with each other, a thin film is formed on the surface of the substrate. At the same time, the surface is flattened, the thin film formed on the surface at the same time as the flattening is irradiated with non-reactive gas cluster ions such as Ar, or removed by a wet method to expose the flat substrate material surface. It is also possible to let.

【0011】なお、ガスクラスターそのものの生成につ
いては、すでにこの発明の発明者が提案しているよう
に、加圧状態の気体を真空装置内に膨張型ノズルを介し
て噴出させることで生成可能である。このようにして生
成したガスクラスターは、電子を照射してイオン化する
ことができる。なお、常温で気体状の物質としては、た
とえば代表的なものとしては、CO2、CO、N2 O、
NOx 、Cx y z 、等の酸化物、O2 、N2 、その
他各種のもの、さらにはAr、He等の希ガスが例示さ
れる。
The gas clusters themselves can be generated by ejecting a gas under pressure into a vacuum device through an expansion nozzle, as already proposed by the inventor of the present invention. is there. The gas cluster thus generated can be ionized by irradiation with electrons. It should be noted that examples of typical substances that are gaseous at room temperature include CO 2 , CO, N 2 O,
Examples thereof include oxides such as NO x and C x H y O z , O 2 , N 2 and various other substances, and rare gases such as Ar and He.

【0012】平坦化と同時に薄膜を形成する際の反応性
のガスクラスターイオンとしては、平坦化の対象とする
固体の種類によって、その固体表面との反応で生起する
ものを選択する。たとえば酸化膜を生成させる場合には
含酸素の原子、分子集団からなるクラスターイオンを用
いる。これらの表面薄膜は、Ar(アルゴン)等非反応
性のガスクラスターイオンによって除去される。また、
フッ酸溶液等を用いる湿式法で除去してもよい。これに
よって平坦化された表面が露出することになる。
As the reactive gas cluster ions for forming the thin film simultaneously with the flattening, those which are generated by the reaction with the surface of the solid are selected depending on the kind of the solid to be flattened. For example, when forming an oxide film, cluster ions composed of oxygen-containing atoms and molecular groups are used. These surface thin films are removed by non-reactive gas cluster ions such as Ar (argon). Also,
It may be removed by a wet method using a hydrofluoric acid solution or the like. This exposes the flattened surface.

【0013】以下、実施例を示してさらに詳しくこの発
明のガスクラスターイオンビームによる固体表面の平坦
化方法について説明する。
The method for flattening the solid surface by the gas cluster ion beam of the present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0014】[0014]

【実施例】実施例1 添付した図面の図1は、この発明のガスクラスターイオ
ンビームを用いて、CO2 モノマーイオン、およびクラ
スターサイズ250以上のCO2 クラスターイオンを、
加速電圧10kVの条件で照射した場合のPt薄膜表面
の平均粗さを測定した結果を示したものである。
Example 1 FIG. 1 of the accompanying drawings shows that CO 2 monomer ions and CO 2 cluster ions having a cluster size of 250 or more were produced using the gas cluster ion beam of the present invention.
It shows the result of measuring the average roughness of the Pt thin film surface when irradiated under the condition of an acceleration voltage of 10 kV.

【0015】平均粗さは、モノマーイオンを照射した場
合は27Å以上にしか平坦化されていないのに対し、ガ
スクラスターイオンを2×1016ions/cm2 照射
の場合には、照射前の48Åから8Åまで減少し、表面
を大幅に平坦化することができた。この結果はCO2
ラスターをPt表面を平坦化した例であるが、絶縁膜、
半導体を平坦化することもできる。実施例2 CO2 モノマーイオンとクラスターサイズ250以上の
CO2 クラスターイオンと、5×1015ions/cm
2 の条件でPt薄膜表面に照射し、加速電圧を変化させ
てこの薄膜表面の平坦性を測定した。その結果を示した
ものが図2である。
The average roughness is flattened to 27 Å or more when irradiated with monomer ions, whereas it is 48 Å before irradiation when gas cluster ions are irradiated at 2 × 10 16 ions / cm 2. To 8Å, and the surface could be greatly flattened. This result is an example in which the Pt surface of the CO 2 cluster is flattened.
The semiconductor can also be planarized. Example 2 CO 2 monomer ions, CO 2 cluster ions having a cluster size of 250 or more, and 5 × 10 15 ions / cm
The Pt thin film surface was irradiated under the condition 2 and the acceleration voltage was changed to measure the flatness of the thin film surface. FIG. 2 shows the result.

【0016】CO2 クラスターイオンの場合には、加速
電圧が高いほど効果があり、加速電圧が5kV、つま
り、構成原子1個あたりの持つエネルギーが20eV以
下の極低エネルギーでも平坦化の効果があることが確認
された。一方、CO2 モノマーイオンでは、加速電圧を
大きくしても平坦化効果は顕著なものとならなかった。 実施例3 加速電圧10kV、5×1015ions/cm2 の条件
で、CO2 ガスクラスターイオンのクラスターサイズを
変化させた場合のPt薄膜表面の平坦性を測定した。そ
の結果を示したものが図3である。
CO2Acceleration in the case of cluster ions
The higher the voltage, the more effective the acceleration voltage is 5 kV.
The energy per constituent atom is 20 eV or less
Confirmed that flattening effect is achieved even at extremely low energy below
Was done. On the other hand, CO2For monomer ions, the acceleration voltage
Even if it was increased, the flattening effect was not significant. Example 3 Accelerating voltage 10kV, 5 × 10Fifteenions / cm2Conditions
And CO2The cluster size of gas cluster ions
The flatness of the Pt thin film surface when the Pt thin film was changed was measured. So
FIG. 3 shows the results of the above.

【0017】Pt薄膜の場合、クラスターサイズ250
程度のクラスターイオンによる平坦化効果が最も高いこ
とが確認された。実施例4 CO2 モノマーイオンとCO2 クラスターイオンを照射
した後のPt薄膜表面のスパッタリング量と表面平坦性
との関係によって検討した。
In the case of Pt thin film, cluster size 250
It was confirmed that the degree of flattening effect by cluster ions was the highest. Example 4 The relationship between the sputtering amount and the surface flatness of the Pt thin film surface after irradiation with CO 2 monomer ions and CO 2 cluster ions was examined.

【0018】図4はその結果を示したものである。モノ
マーイオンの照射では、25Å以上のスパッタリングに
より表面が粗化されていくのに対し、クラスターイオン
照射では、さらに平坦化され、100Å以上のスパッタ
リングにより飽和することが確認された。モノマーイオ
ンの照射では得られないRa24Å以下の平坦性がクラ
スターイオンの照射により実現された。実施例5 図5は、Niを強制的に6×1012atoms/cm2
付着させたSi基板に構成原子数250以上のCO2
ラスターイオン、およびCO2 モノマーイオンを加速電
圧10kV、ドーズ量2×1015ions/cm2 の条
件でSi基板に照射した場合のその前後での表面のNi
濃度を全反射蛍光X線分析法によって測定した結果であ
る。これにより深さ15nm程度までの極表面の不純物
濃度を測定している。
FIG. 4 shows the result. It was confirmed that the surface was roughened by the sputtering of 25 Å or more by the irradiation of the monomer ions, while it was further flattened by the irradiation of the cluster ions and was saturated by the sputtering of 100 Å or more. The flatness of Ra 24 Å or less, which cannot be obtained by the irradiation of the monomer ions, was realized by the irradiation of the cluster ions. Example 5 FIG. 5 shows that Ni was forced to be 6 × 10 12 atoms / cm 2.
Before and after irradiation of the attached Si substrate with CO 2 cluster ions having 250 or more constituent atoms and CO 2 monomer ions under the conditions of an acceleration voltage of 10 kV and a dose amount of 2 × 10 15 ions / cm 2. Surface of Ni
It is the result of measuring the concentration by the total reflection fluorescent X-ray analysis method. Thereby, the impurity concentration on the pole surface up to a depth of about 15 nm is measured.

【0019】Ni不純物濃度はモノマーイオン照射では
ほとんど減少していないのに対し、ガスクラスターイオ
ン照射ではドーズ量の増加に伴い急速に減少している。
ドーズ量が2×1015ions/cm2 のクラスター照
射後のNi不純物濃度は1.3×1012atoms/c
2 であり、照射前の1/5まで減少することができ
る。ドーズ量を増やすことによりさらに不純物濃度を減
少させることができる。 実施例6 CO2 モノマーイオンとCO2 クラスターイオンとを、
加速電圧10kV、5×1015ions/cm2 の照射
量の条件において、クラスターサイズを変化させながら
Cu薄膜表面に照射した。
Ni impurity concentration is
Gas cluster Io
In the case of ion irradiation, it decreases rapidly with the increase in dose.
2x10 doseFifteenions / cm2Cluster lighting
Ni impurity concentration after spraying is 1.3 × 1012atoms / c
m2And can be reduced to 1/5 of that before irradiation
It Further decrease the impurity concentration by increasing the dose amount
Can be reduced. Example 6 CO2Monomer ion and CO2With cluster ions,
Accelerating voltage 10kV, 5 × 10Fifteenions / cm2Irradiation of
While changing the cluster size under the condition of quantity
The surface of the Cu thin film was irradiated.

【0020】図6は、この際のクラスターサイズとCu
薄膜表面の平坦性との関係を示したものである。この図
6からも明らかなように、Cu薄膜の場合、サイズ15
0程度のクラスターイオンによる平坦化効果が最も高い
ことが確認された。実施例7 Ar(アルゴン)モノマーイオンとArクラスターイオ
ンとを用い、加速電圧20kVで、実施例5と同様にし
て表面にCuを付着させたSi基板表面に照射し、照射
前後での表面のCu濃度を測定した。
FIG. 6 shows the cluster size and Cu in this case.
It shows the relationship with the flatness of the thin film surface. As is clear from FIG. 6, in the case of the Cu thin film, size 15
It was confirmed that the flattening effect by the cluster ion of about 0 was the highest. Example 7 An Ar (argon) monomer ion and an Ar cluster ion were used to irradiate an Si substrate surface having Cu adhered on the surface thereof at an accelerating voltage of 20 kV in the same manner as in Example 5, and the Cu on the surface before and after irradiation was irradiated. The concentration was measured.

【0021】その結果を示したものが図7である。図中
のsmall クラスターは、クラスターサイズ1000程度
のものを、large クラスターは、クラスターサイズ30
00程度のものを示している。Arモノマーイオンの照
射ではCuはほとんど除去できないが、1×1015io
ns/cm2 のlarge クラスターの照射によって1/6
〜1/10程度にまで除去することができること、smal
l クラスターイオンがモノマーイオンと共存する場合に
も除去効果が得られることが確認された。このことは、
モノマーとクラスターとを完全に分離しなくとも、両者
が共存する状態であっても、不純物の除去効果が得られ
ることを示している。実施例8 表1は、各種基板にサイズ250以上のCO2 クラスタ
ーを加速電圧10kVの条件で照射した場合の、その前
後での表面平均粗さを測定した結果を示したものであ
る。このように、クラスターイオン照射の場合には等価
的に大電流のビームが得られるので、基板のチャージア
ップを抑制して、基板表面を平坦化することができる。
FIG. 7 shows the result. The small clusters in the figure have a cluster size of about 1000, and the large clusters have a cluster size of 30.
Those of about 00 are shown. Cu can hardly be removed by Ar monomer ion irradiation, but 1 × 10 15 io
1/6 by irradiation of large cluster of ns / cm 2
~ 1/10 can be removed, smal
It was confirmed that the removal effect can be obtained even when l cluster ions coexist with monomer ions. This is
It is shown that even if the monomer and the cluster are not completely separated, the effect of removing impurities can be obtained even in the state where both are coexisting. Example 8 Table 1 shows the results of measuring the surface average roughness before and after irradiation of various substrates with a CO 2 cluster of size 250 or more under the condition of an acceleration voltage of 10 kV. In this way, in the case of cluster ion irradiation, a beam with a large current is equivalently obtained, so that charge-up of the substrate can be suppressed and the substrate surface can be flattened.

【0022】このように、この発明の方法によって、基
板表面に欠陥のない平坦であり清浄な表面が低温でも形
成できるため、この清浄な表面を用いた単結晶成長が可
能であり、さらにはこれらの材料を用いた電子デバイス
のモノシリック化にも応用でき、その効果は大きい。
As described above, according to the method of the present invention, a flat and clean surface having no defects can be formed on the surface of the substrate even at a low temperature, so that single crystal growth using this clean surface is possible. It can be applied to the monolithicization of electronic devices using these materials, and its effect is great.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】実施例9 表2は、CO2 クラスターイオンを加速電圧10kV、
ドーズ量5×1015ions/cm2 の条件で照射した
多結晶シリコン膜の表面に形式されたSiO2膜の膜厚
と、フッ酸溶液処理前後での表面平均粗さを示したもの
である。このフッ酸処理は、SiO2 膜が完全に除去で
きる時間行われている。比較のために、クラスターイオ
ンを照射していない多結晶シリコン薄膜での値を併せて
示している。
Example 9 Table 2 shows that CO 2 cluster ions were accelerated at an acceleration voltage of 10 kV.
The film thickness of the SiO 2 film formed on the surface of the polycrystalline silicon film irradiated under the condition of a dose amount of 5 × 10 15 ions / cm 2 and the average surface roughness before and after the hydrofluoric acid solution treatment are shown. . This hydrofluoric acid treatment is carried out for a time period during which the SiO 2 film can be completely removed. For comparison, the values of the polycrystalline silicon thin film not irradiated with cluster ions are also shown.

【0025】クラスターイオンを照射していない試料の
表面平均粗さは37Åであり、この値はフッ酸処理によ
り変化しない。サイズ250、及び500のクラスター
イオン照射により多結晶シリコン膜の表面平均粗さはそ
れぞれ、7Å、及び18Åに減少している。これと同時
に、多結晶シリコン膜の表面には8〜6nmのSiO 2
薄膜が形成されており、平坦化と同時にSiO2 薄膜が
得られている。表面の平坦性はフッ酸除去により殆ど変
化無く、平坦性が保たれている。
Samples not irradiated with cluster ions
The average surface roughness is 37Å, and this value is
Does not change. Clusters of size 250 and 500
The surface roughness of the polycrystalline silicon film was reduced by the ion irradiation.
It decreased to 7Å and 18Å respectively. At the same time
In addition, the surface of the polycrystalline silicon film has SiO of 8 to 6 nm. 2
A thin film is formed, and at the same time as planarization, SiO2Thin film
Has been obtained. The flatness of the surface is hardly changed by removing hydrofluoric acid.
Flatness is maintained.

【0026】CO2 クラスターイオン照射により形成さ
れた酸化膜をArクラスター照射により除去することが
できる。この場合、同一の照射装置内で供給ガスの種類
を切り替えるだけで酸化膜除去の効果が得られる。以上
のように、薄膜形成の効果を必要とせず、平坦化の効果
のみを得たい場合には、クラスターイオン照射後に薄膜
を除去することもできる。
The oxide film formed by CO 2 cluster ion irradiation can be removed by Ar cluster irradiation. In this case, the effect of removing the oxide film can be obtained simply by switching the type of the supply gas in the same irradiation device. As described above, if the effect of thin film formation is not required and only the effect of flattening is desired, the thin film can be removed after irradiation of cluster ions.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】実施例10 加速電圧を変化させて、平均サイズ3000のArクラ
スターイオンをドーズ量3×1014ions/cm2
条件で、実施例5と同様にして表面にCuを付着させた
Si基板表面に照射した前後での表面のCuの濃度を測
定した。その結果を示したものが図8である。5kVの
低加速電圧の場合にも、20kVで照射した場合と同様
の清浄化の効果が得られることがわかる。この場合、構
成原子1個あたりの平均エネルギーは2eV以下とな
り、低損傷での基板表面の清浄化が実現される。実施例11 表3は、各種基板に平均サイズ3000のArクラスタ
ーを加速電圧20kV、ドーズ量1.3×1015ion
s/cm2 の条件で照射した場合の、その前後での表面
粗さを測定した結果を示したものである。比較のため
に、同一の加速電圧、イオンドーズ量の単分子イオンを
照射した場合の結果も合わせて示す。CO 2 クラスター
照射の場合と同様に、各種基板表面が平坦化される。C
u薄膜の場合には、照射前に見られた結晶粒による凸部
がArクラスター照射により削られ、CO2 クラスター
照射の場合よりも強い平坦化の効果が得られている。こ
の場合、Arクラスターの構成原子1個当たりの平均エ
ネルギーは7eV程度と非常に低エネルギーである。こ
のため、ガスクラスターイオン照射により低損傷で基板
表面が平坦化される。
[0028]Example 10 By changing the accelerating voltage, an Ar class with an average size of 3000
Star ion dose 3 × 1014ions / cm2of
Cu was attached to the surface under the same conditions as in Example 5.
Measure the Cu concentration on the surface before and after irradiating the Si substrate surface
Decided FIG. 8 shows the result. 5kV
Even at low accelerating voltage, the same as when irradiating at 20 kV
It can be seen that the cleaning effect can be obtained. In this case,
The average energy per atom is 2 eV or less.
Therefore, cleaning of the substrate surface with low damage is realized.Example 11 Table 3 shows Ar clusters with an average size of 3000 on various substrates.
-Accelerating voltage 20kV, dose 1.3x10Fifteenion
s / cm2Surface before and after irradiation under the conditions
The result of measuring the roughness is shown. For comparison
The same accelerating voltage and ion dose
The results of irradiation are also shown. CO 2cluster
As in the case of irradiation, the surfaces of various substrates are flattened. C
In the case of u thin film, the convex part due to the crystal grains observed before irradiation
Is removed by Ar cluster irradiation, CO2cluster
A stronger flattening effect is obtained than in the case of irradiation. This
In the case of, the average energy per atom constituting the Ar cluster is
Energy is about 7 eV, which is a very low energy. This
Because of the gas cluster ion irradiation, the substrate is less damaged
The surface is flattened.

【0029】[0029]

【表3】 [Table 3]

【0030】[0030]

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、超低速のガスクラスターイオンビームを照射するこ
とによって、表面損傷を生じることなく、より低温条件
で基板表面の平坦化および清浄化が可能となる。また、
平坦化と同時に反応性のガスクラスターイオンビームの
照射により薄膜形成も可能とされ、非反応性ガスクラス
ターイオンビームで、あるいは湿式法によって、この薄
膜を除去して平坦化された表面を露出することも可能と
される。
As described in detail above, according to the present invention, by irradiating an ultra-slow gas cluster ion beam, it is possible to flatten and clean the substrate surface under lower temperature conditions without causing surface damage. Become. Also,
Thin film formation is possible by irradiation with reactive gas cluster ion beam at the same time as flattening. It is possible to remove this thin film by non-reactive gas cluster ion beam or by wet method to expose the flattened surface. Is also possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明によるCO2 ガスクラスターイオン
と、比較としてのモノマーイオンを照射した後のPt薄
膜表面の平坦性を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the flatness of the surface of a Pt thin film after irradiation with CO 2 gas cluster ions according to the present invention and a monomer ion for comparison.

【図2】この発明によるCO2 ガスクラスターイオン
と、比較としてのモノマーイオンを照射した後のPt薄
膜表面の平坦性の加速電圧依存性を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the acceleration voltage dependence of the flatness of the Pt thin film surface after irradiation with CO 2 gas cluster ions according to the present invention and, as a comparison, with monomer ions.

【図3】この発明によるCO2 のガスクラスターイオン
と、モノマーイオン照射後のPt薄膜表面の平坦性のク
ラスターサイズ依存性を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing the cluster size dependence of the flatness of the surface of a Pt thin film after irradiation of CO 2 gas cluster ions and monomer ions according to the present invention.

【図4】この発明によるCO2 のガスクラスターイオン
と、モノマーイオン照射後のPt薄膜表面のスパッタリ
ング量と表面平坦性との関係を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a gas cluster ion of CO 2 according to the present invention and a sputtering amount and surface flatness of a Pt thin film surface after irradiation of a monomer ion.

【図5】この発明によるCO2 ガスクラスターイオンと
比較としてのモノマーイオンを照射した後の表面のNi
不純物濃度を示した図である。
FIG. 5: Ni on the surface after irradiation of CO 2 gas cluster ions according to the present invention and monomer ions for comparison
It is the figure which showed the impurity concentration.

【図6】この発明によるCO2 のガスクラスターイオン
と、モノマーイオン照射後のCu薄膜表面の平坦性のク
ラスターサイズ依存性を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing the cluster size dependence of the flatness of the surface of a Cu thin film after irradiation of CO 2 gas cluster ions and monomer ions according to the present invention.

【図7】この発明によるArのガスクラスターイオンと
比較としてのモノマーイオンを照射した後の表面のCu
不純物濃度を示した図である。
FIG. 7: Cu on the surface after irradiation with Ar gas cluster ions according to the invention and monomer ions for comparison.
It is the figure which showed the impurity concentration.

【図8】この発明によるArのガスクラスターイオンを
照射した後の表面のCu不純物濃度の減少量(除去率)
の加速電圧依存性を示した図である。
FIG. 8: Reduction amount (removal rate) of Cu impurity concentration on the surface after Ar gas cluster ion irradiation according to the present invention
It is a figure showing the acceleration voltage dependence of.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土井 淳雅 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 山田 公 兵庫県姫路市新在家本町6丁目11−9 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Atsushi Doi 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. -9

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 常温および常圧で気体状物質の塊状原子
集団または分子集団であるガスクラスターイオンを固体
表面に照射してその表面を平坦化することを特徴とする
ガスクラスターイオンビームによる固体表面の平坦化方
法。
1. A solid surface by a gas cluster ion beam, characterized by irradiating a solid surface with gas cluster ions, which are a group of aggregated atoms or a group of molecules of a gaseous substance, at room temperature and pressure to flatten the surface. Flattening method.
【請求項2】 表面の不純物の除去を行う請求項1の方
法。
2. The method of claim 1, wherein surface impurities are removed.
【請求項3】 常温および常圧で気体状の物質が酸素ま
たはその化合物、窒素またはその化合物、希ガス物質、
もしくはそれらの混合物質からなる請求項1の方法。
3. A substance which is gaseous at room temperature and pressure is oxygen or a compound thereof, nitrogen or a compound thereof, a rare gas substance,
Alternatively, the method according to claim 1, which comprises a mixed substance thereof.
【請求項4】 構成分子数を選別したクラスターイオン
を照射する請求項1の方法。
4. The method according to claim 1, which comprises irradiating a cluster ion having a selected number of constituent molecules.
【請求項5】 常温および常圧で気体状の反応性物質の
塊状原子集団または分子集団であるガスクラスターイオ
ンを基板表面に照射して反応させ、基板表面に薄膜を形
成すると同時に、その表面を平坦化することを特徴とす
るガスクラスターイオンビームによる固体表面の平坦化
方法。
5. A substrate surface is irradiated with gas cluster ions, which are agglomerated atomic groups or molecular groups of reactive substances that are gaseous at room temperature and atmospheric pressure, to react with each other to form a thin film on the substrate surface, and at the same time A method for planarizing a solid surface by a gas cluster ion beam, which is characterized by planarization.
【請求項6】 平坦化と同時に表面に形成された薄膜を
非反応性のガスクラスターイオンの照射、または、湿式
法により除去して平坦な基板材料表面を露出させる請求
項5の方法。
6. The method according to claim 5, wherein the thin film formed on the surface simultaneously with the planarization is removed by irradiation with non-reactive gas cluster ions or by a wet method to expose the flat substrate material surface.
【請求項7】 表面の不純物の除去を加速電圧5kV以
下で行う請求項2の方法。
7. The method according to claim 2, wherein impurities on the surface are removed at an acceleration voltage of 5 kV or less.
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