赤外反射分光法にる半導体結晶表面の原子制御計測の開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555109
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 庭野 道夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (20134075)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠田 義晴 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (20232986) ; 宮本 信雄 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00006222)
• Keywords: 赤外分光 / 半導体表面 / その場観察 / 原子制御 / 評価装置 / 大気酸化 / 表面処理

Research Abstract

本研究の目的は,半導体デバイスで用いるSi,GaAsウェーハの表面ミクロ構造および表面化学状態を赤外反射分光法で精密にかつ迅速に評価することによって,半導体製造プロセスにおけるウェーハ表面状態を原子レベルで制御する計測法を開発することである。
本年度は,平成5年度に製作した真空用、溶液用、大気用赤外分光評価装置の性能評価実験を行うと共に,Si表面の化学状態が様々な表面処理法によってってどの様に変化するかを詳細に調べた。Si表面にフッ酸溶液処理を施すと表面は水素で終端され化学的に不活性な表面になるが,その表面を大気中に長時間放置すると表面は徐々に酸化されていく。その酸化の過程を赤外反射分光評価法で調べた。その結果,最表面のSi-H結合の酸化速度は大気中の湿度に大きく影響されること,酸化は表面Si-H結合の酸化の後に大気中の酸素によるゆっくりした酸化膜形成が起こることが分かった。また,フッ酸溶液中のSi表面状態を溶液用赤外分光評価装置で調べた結果,表面の化学状態はフッ酸濃度や基板面方位によって大きく変化すること,表面の完全水素終端化のためにはフッ酸溶液処理の後の純水洗浄が必須であることが分かった。これらの結果は,本研究が開発した赤外反射分光法が半導体ウェーハ表面の化学状態の観察・制御に有効であることを示している。
これからの半導体製造プロセスにおいては,溶液処理したウェーハを大気に晒すことなくCVD装置やMBE装置に導入することが必要になる。そのために溶液用評価装置と真空用評価装置間のウェーハの搬送システムにつていは,現在,製作を継続中である。

Research Products

• [Publications] M.Niwano,et al.: "In-Situ Infrared of Chemical State of Si Surface in Etching solution" Applied Physics Letters. 65. 1692-1694 (1994)
• [Publications] M.Niwano,et al.: "Infrared Spectroscopy Study of Initial Stages of Oxidation of Hydrogen-Teminated Si Surfaces Stored in Air" Journal of Applied Physics. 76. 2157-2163 (1994)
• [Publications] M.Niwano,et al.: "Infrared Spectroscopic Study of Initial Stages of Ultraviolet Oxidation of Si(100) and (111)Surfaces" Journal of Vacuum Science and Technology. A12. 465-470 (1994)
• [Publications] M.Niwano,et al.: "Oxidation of Hydrogen-Terminated Si Surfaces Studied by Infrared Spectroscopy" Surface Science Letters. 301. L245-L249 (1994)