ハロゲン原子によるSi表面単原子反応層形成とその低エネルギ除去に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455022
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Toyo University
• Principal Investigator: 堀池 靖浩 東洋大学, 工学部, 教授 (20209274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 一木 隆範 東洋大学, 工学部, 助手 (20277362)
• Keywords: フッ素 / 水素終端Si表面 / ATR / XPS / 高波数側シフト / 5配位状態 / 自己停止反応 / 酸化

Research Abstract

最初、XeF_2の気化から生じるフッ素原子/水素終端Si(111)表面反応を、高分解能FTIR(フーリエ変換赤外分光)-ATR(減衰全反射)/単X線使用XPS(X線光電子分光)結合システムで詳細に調べた。ここで、曝露初期では、フッ素原子は終端水素と反応除去せずにSiの最表面に侵入し、極く初期では原子状として存在し、この状態は終端水素を本来の2083cm^<-1>(B_1)から少し高波数側の2086cm^<-1>(B_2)にシフトさせ、更にフッ素の曝露で原子状からSiF結合を5配位状態で形成し、より高波数側の2090cm^<-1>(B_3)にシフトさせることが判明した。B_1ピークのみならずB_2とB_3ピークもS偏光では観察されず、ATRで得られた全ての吸収ピークは、表面に5度以内に垂直に立つSiH結合であることが判明した。しかし、より多くフッ素原子を曝露すると、Siの自発的にエッチングにより表面は粗になり、自己停止反応には至らなかった。そこで、本来Siと低反応性のF_2分子に変え、5%F_2/He/水素終端Si(111)表面反応を研究した。反応初期は、B_3ピークが更に高波数側にどんどんシフトし、最終的に2100cm^<-1>付近までシフトが見られた以外は前述のF原子反応と同様であった。しかし、さらにF_2曝露を増加すると10^5L〜10^7Lの広範囲で反応が自己停止し、表面が1原子層のSiF_1層を形成した。このSiF単分子層から放出されるX線光電子強度の角度依存性を、衝突断面積、角度非対称性、装置関数などを完全に求め、補正した結果、やはりSiF単分子層形成が実現していることが完璧に証明された。反応中常に未結合Fが存在することも判明した。更に、この表面を酸化すると、フッ素が酸化膜の最表面に移動したり、この表面を純水に浸すと、直ぐに酸化されることも分かった。

Research Products

• [Publications] 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)