摘要

濕清洗后，用原子分辨掃描隧道顯微鏡對(duì)氫端Si表面進(jìn)行觀察。當(dāng)將Si晶片浸入稀釋的含高頻溶液中時(shí)，通過(guò)堆積小梯田和臺(tái)階來(lái)構(gòu)建表面。當(dāng)用超純水沖洗樣品時(shí)，可以清楚地觀察到一些特征，如露臺(tái)內(nèi)的鋸齒狀鏈、階梯邊緣的一行和露臺(tái)上孤立的鋸齒狀鏈，并確定它們的原子排列。然而，過(guò)度的沖洗產(chǎn)生了納米高度的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，這可以用水中氫氧化物離子的各向異性蝕刻來(lái)解釋。

介紹

硅晶片是半導(dǎo)體器件的一種有前途的襯底，因?yàn)橛米杂苫趸ㄖ苽涞墓璧目昭ㄟw移率已經(jīng)達(dá)到硅的2.4倍。人們對(duì)采用硅襯底制造超大規(guī)模集成電路器件重新產(chǎn)生了興趣。為了實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)在更高性能的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體電路，有必要平坦化柵極絕緣體和硅襯底之間的界面，因?yàn)榻缑娲植诙葲Q定了金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的載流子遷移率。為此，在形成柵極絕緣體之前，需要濕法清洗過(guò)程來(lái)用氫原子終止硅表面，并在原子尺度上將其平坦化。已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試來(lái)研究各種濕法清洗工藝對(duì)原子尺度上的硅或硅的表面結(jié)構(gòu)的影響。這項(xiàng)研究的目的是闡明原子氫封端的硅表面浸入稀含氟化氫溶液后的結(jié)構(gòu)，即對(duì)硅片進(jìn)行初步清洗，然后用超純水沖洗。提出了一種獲得原子級(jí)平坦氫封端硅表面的方法。

實(shí)驗(yàn)

在本研究中，所有樣品都是n型硅，其電阻率為10伏厘米。在形成犧牲氧化物后，將每個(gè)樣品浸入H2SO 4 97wt ％的溶液中。 H2O230wt％重量=4:1(按體積計(jì))10分鐘，然后用超純水沖洗10分鐘。然后將每個(gè)樣品浸入50wt %的氫氟烷烴溶液中。H2O2 s30％重量。H2O=1:1:98(按體積計(jì))持續(xù)3分鐘，以去除犧牲的氧化物并用氫原子終止表面(樣品A)。因此，在濕法清洗過(guò)程中避免了硅表面的有機(jī)碳?xì)埩艉徒饘傥廴?。表面的疏水性或傅里葉變換紅外光譜測(cè)量證實(shí)每個(gè)樣品表面都是氫封端的。在濕法清洗過(guò)程的15分鐘內(nèi)，硅樣品被引入超高真空(UHV)室。

圖1顯示了浸入含氟化氫的稀溶液后表面的典型掃描隧道顯微鏡圖像(樣品甲)。

結(jié)果和討論

水中的氫氧離子會(huì)腐蝕硅表面。5–7圖中的表面原子很可能處于高反應(yīng)性位置。優(yōu)先在用超純水沖洗的短時(shí)間內(nèi)被去除，以形成圖1所示的表面結(jié)構(gòu)。表面的放大圖像(樣品B)如圖所示。其中掃描面積為7.037.0 nm2.形成階梯和臺(tái)階的原子圖像清晰可見(jiàn)。圖2中的主要特征。

圖5顯示了在稀釋的含HF溶液中清洗并隨后用超純水沖洗60分鐘后Si樣品的典型STM圖像(樣品c)。RPV和Rrms分別為1.65 nm和0.22 nm。沿著圖110中的f 110g方向所獲得的帶有臺(tái)階和臺(tái)階的表面。圖5與圖1非常相似。2.然而，沿著f 110g方向的納米高度的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，如圖1中的箭頭D所示。5、經(jīng)常被觀察。據(jù)報(bào)道，各向異性蝕刻在超純水中進(jìn)行，以顯示硅或硅晶片上的面。很可能在60分鐘的沖洗過(guò)程中，在硅表面上發(fā)生各向異性蝕刻以形成微相，這導(dǎo)致如圖1中箭頭D所示的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的形成。

結(jié)論

總之，氫封端的硅表面在浸入含氟化氫溶液中，然后用超純水沖洗后，用掃描隧道顯微鏡在原子尺度上觀察到。當(dāng)硅晶片浸入含氫氟化合物溶液中時(shí)，其表面由沿不同方向排列的小平臺(tái)和臺(tái)階構(gòu)成。結(jié)果表明，用超純水適度沖洗可形成均勻的硅表面，其微觀粗糙度得到改善。即形成大的階地，大部分臺(tái)階邊緣沿f 110g方向延伸。另一方面，由于超純水各向異性刻蝕出現(xiàn)微形貌，過(guò)度的清洗會(huì)使具有納米高度脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的硅表面粗糙化。這些結(jié)果表明，在用含氫溶液清洗后，硅晶片的清洗持續(xù)時(shí)間應(yīng)得到控制，以獲得原子級(jí)平坦的氫封端表面。

審核編輯：湯梓紅