真空紫外光励起化学反応による半導体表面清浄化プロセスの開発

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 59850052
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 広瀬 全孝 広島大, 工学部, 教授 (10034406)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 俊雄 日本真空技術, K.K.技術開発部, 専門室長 ; 小宮 宗治 日本真空技術, K.K.技術開発本部, 部長 ; 横山 新 筑波大学, 物質工学系, 講師 (80144880)
• Keywords: 光励起クリーニング / 真空紫外光 / 光化学反応

Research Abstract

本年度の研究計画は、シリコン表面における光化学反応による基礎過程と清浄化反応機構を明らかにすることであった。Arガスの強力グロー放電によって得られる真空紫外光は、発光強度が弱いが、現在なお、光強度の増強法についてランプメーカーと協力して検討している。昭和60年度の研究において、この光源に代わってArFエキシマレーザ光(波長193nm)を、シリコン基板上に照射することにより表面酸化膜Si【O_2】が除去できることが明らかにされた。本年度は既存のX線光電子分光(XPS)装置を用いて、エッチング表面の化学結合状態をその場分析することにより光化学反応素過程を明らかにした。シリコンは、【NF_3】ガス中でArFエキシマレーザ光を照射することにより酸化膜と同様にエッチングされ、そのXPSスペクトルは99.5eVのバルクSiのピークの以外に、より高結合エネルギ側に新しいピークが観測される。このことから、【SiF_X】(1≦X≦4)が表面に形成されることが明らかになった。更にシリコンと光分解した弗素ラジカルとの反応が進むにつれてシリコンの弗化が促進されるために、より高次の【SiF_X】が表面に多く生成することになることを明らかにした。また、弗素ラジカルと塩素ラジカルとのシリコンに対するエッチング速度の基板伝導型依存性の違いから、光分解によって生じた弗素ラジカルとシリコンとの反応モデルを提唱した。すなわち基板伝導型依存性をあまり持たない弗素系の光エッチングにおいては、弗素原子の持つ強い電気陰性度と小さな原子半径のために、塩素系の場合と異なり自由電子ラジカルへの移動による電場支援はあまり重要でなく。シリコン価電子の弗素原子への移動が重要である。この価電子移動によってSi-Si結合は弱められ反応は進行する。このモデルにより弗素ラジカルと塩素ラジカルのシリコンに対する反応性の違いがよく説明できることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Tsuyoshi OGURA: Extended Abstracts of the Gth International Conference on Solid State Devices and Materials. 205-208 (1986)
• [Publications] Masataka HIROSE: Proceeding of 1986 Material Research Society Fall Meeting. (1986)
• [Publications] 広瀬全孝: "半導体研究 第26巻 「レーザー誘起光化学プロセスの基礎過程」" 工業調査会, 22 (1986)
• [Publications] 広瀬全孝: "光・プラズマプロセシング 第12章 「光エッチング」" 日刊工業, 19 (1986)