電気化学的エッチング法によるシリコンウエハー表面の原子レベルの平坦化

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750723
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 叶 深 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教授 (40250419)
• Keywords: Si(100) / Si(111) / ATR-IR / 平坦化 / 水素種終端化 / エッチング / 電気化学的制御 / HF

Research Abstract

本研究は湿式エッチング法により、原子レベル平坦なSi(100)表面の露出を目指す。その第一歩として、原子レベル平坦な水素終端化(H-)したSi(111)表面の全反射スペクトル(ATR-IR)の形状と比較し、H-Si(100)表面のATR-IRスペクトルのピークを帰属を決めた上、従来に報告しされたSTMによる研究例を分光学的な手法により追跡してみた:
(1)HF溶液濃度のpH依存性:エッチング溶液pHの減少により、(111)方向の異方性エッチングが抑制され、平坦な(100)表面の形成が可能だとSTM測定による研究成果が報告された。種々の低pHのエッチング溶液にSi(100)を所定時間浸漬した後、ATR-IR測定により、Si(100)表面の水素終端化の状態を観察した。ブロードなdehydride(SiH_2)とmonohydride(Si-H)のピークが観測され、溶液pHの違いによるATR-IRスペクトルの大きな変化は認められなかった。実際にSTM測定で観察する表面の範囲は非常に小さいため、本赤外分光測定結果により、低pHでエッチングする場合、平坦なSi(100)ドメンがあっても、そのドメンサイズは極めて小さいと推測した。
(2)HF溶液濃度依存性:シリコン酸化膜のエッチング速度が速く、調べられた範囲内ではHFエッチング溶液の濃度によるスペクトル形状の変化は認められなかった。
そこで、電気化学的制御により、HF溶液中におけるSi(100)のエッチング速度の制御を試みた。n-Si(100)の電位をSiのフラットバンド電位より負の電位領域で制御しながらSi-H/SiH_2の赤外バンドの強度、ピーク位置及び半値幅をエッチング時間及び電極電位の関数としてin situ及びex situ ATR-FTIR測定により調べた。その結果によると、水素発生領域まで電位を制御することにより、Si(100)表面のラフネスの減少が確認された。その詳細について、他の測定手法により、追試中です。

Research Products

• [Publications] Naohara, H., Ye, S.and Uosaki, K.: "Electrocatalytic Reactivity for Oxygen Reduction at Epitaxially Grown Pd Thin Layers of Various Thickness on Au (111) and Au (100)"Electrochim.Acta. 45. 3305-3309 (2000)
• [Publications] Ye, S., Nihonyanagi, S.and Uosaki, K.: "pH-Dependent Water Structure at a Quartz Surface Modified with an Amino-Terminated Monolayer Studied by Sum Frequency Generation (SFG)"Chem.Lett.. 734-735 (2000)
• [Publications] Yu, H.Z., Ye, S., Zhang, H.L. ,Uosaki, K.and Liu, Z.F.: "Molecular Orientation and Electrochemical Stability of Azobenzene Self-Assembled Monolayers on Gold : An In-Situ FTIR Study"Langmuir. 16. 6948-6954 (2000)
• [Publications] Imamura, T., Funatsu, K., Ye, S., Morioka, Y., Uosaki, K, and Sasaki, Y.: "Coupling of Ground-State Molecular Vibrations to Low-Energy Electronic Transition of Ruthenium ( III, II ) Porphyrin Dimers"J.Am.Chem.Soc.. 37. 9032-9033 (2000)
• [Publications] Ye, S., Nihonyanagi, S., Shimazu, K.and Uosaki, K.: "Sum Frequency Generation ( SFG ) Studies on the Conformational Order of the Self-assembled Monolayers of Alkanethiols on Silver Surface"Nonlinear Optics. 24. 93-98 (2000)
• [Publications] Ye, S., Ichihara, T., Uosaki, K.: "Spectroscopic Studies on Electroless Deposition of Copper on a Hydrogen Terminated Si ( 111 ) Surface in Fluoride Solutions"J.Electrochem.Soc.. (印刷中).