Способ очистки поверхности кремния
Использование: для получения атомарно-очистной поверхности кремния в технологии вакуумной и молекулярно-лучевой эпитаксии. Сущность изобретения: кремниевые пластины обрабатывают в жидкостном травителе. Образовавшийся окисный слой и поверхность кремния удаляют при комнатной температуре травлением в дифториде ксенона. При этом достигается высокая степень обезуглероживания поверхности. Затем пластины кремния без соприкосновения с атмосферой переносят в вакуумную камеру и удаляют адсорбированные на поверхности фториды нагревом и выдержкой при 600°С в сверхвысоком вакууме. Для перекристаллизации амортизированного слоя на поверхности кремния может быть проведен отжиг при более высокой температуре. 7 ил.
Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии получения атомарно-чистой поверхности кремния при температуре 550-750оС, и может найти применение в тех случаях, когда требуется подготовить поверхность для последующей вакуумной эпитаксии или нанесения п/п материала, не нагревая поверхность подложки кремния выше 550-750о. Целью изобретения является повышение воспроизводимости качества очистки поверхности кремния за счет упрощения технологии операций способа. Предлагаемый способ очистки основан на экспериментально обнаруженном нами факте удаления тонкого окисного слоя углеродными загрязнениями при экспозиции поверхности кремния в парах ХеF2 и полной десорбции хемосорбционного слоя фторидов кремния при 600оС. В предлагаемом способе поверхность кремния очищается в следующей последовательности: а) предварительная обработка образца Si в обычном перекисно-кислотном травителе (Н2О2:НСl=100:1, НF): б) образец Si устанавливается в загрузочную вакуумную камеру, камера откачивается до давления Р<10 Формула изобретения РИСУНКИ
10-4 Па выбрано исходя из необходимости исключить вторичное загрязнение поверхности Si после обработки в ХеF2. Предварительная обработка в перекисно-кислотном травителе и в растворе НF формирует на поверхности такой окисный слой, для удаления которого необходима экспозиция от 3 мин х 10-2 Па до 10 мин
10-1 Па. При меньших экспозициях не происходит качественного удаления окисного слоя. При экспозициях, больших 10 мин 10-1 Па, возможно растравливание поверхности и ухудшение ее морфологии. Температура нагрева 600оС (550оС) и время выдержки в нагретом состоянии определяются кинетикой десорбции хемосорбционного слоя. Температура и время отжига для улучшения структуры поверхности являются нижней границей появления четких рефлексов ДМЭ, которые при визуальном наблюдении практически не меняются при дальнейшем нагреве или увеличении температуры прогрева. Таким образом способ очистки заключается в экспонировании при комнатной температуре поверхности образца Si в парах ХеF2 при давлении 10-2-10-1 Па в течение 3-10 мин с последующим нагревом его в условиях сверхвысокого вакуума (<10
22 с, при Т=600оС требуется 
8 с. Хотя после полного удаления хемосорбционного слоя на поверхности отсутствуют какие-либо загрязнения, поверхность аморфизирована (данные ДМЭ - дифракции медленных электронов). Очевидно, аморфный слой образуется в результате реакции диспропорционирования, протекающей между низшими фторидами кремния при десорбции хемосорбционного слоя, и поэтому толщина его не должна превышать одного монослоя кремния. Действительно, прогрев поверхности кремния при 750оС в течение 2 мин приводит к появлению рефлексов (Si (100), структура (2х1), Ее=93 эв). Предлагаемый способ очистки поверхности кремния реализуется следующим образом. П р и м е р 1. Образец марки КЭФ-7,5 обрабатывали в перекисно-кислотном травителе, устанавливали в загрузочную вакуумную камеру. Камеру откачивали до давления 810-5 Па, средства откачки перекрывали, и в камеру подавали пары ХеF2 до давления 110-2 Па. Образец выдерживали при комнатной температуре в парах ХF2 в течение 5 мин. Затем пары ХеF2 скачивали, и образец Si манипулятором передавали в сверхвысоковакуумную камеру с остаточным давлением 110-7 Па. В сверхвысоковакуумной камере образец быстро нагревался до 600оС и выдерживался при этой температуре 10 с. Для улучшения структурного совершенства поверхности дополнительно образец отжигали при 750оС в течение 2 мин. Анализ структурного совершенства проводили методом ДМЭ, который показал, что после отжига образца при 750оС аморфный фон исчезает и появляются рефлексы, отвечающие структуре поверхности (2х1). Для контроля процесса очистки на каждом этапе были сняты спектры РФСЭ. Условия съемки спектров: излучение Аl K
, регистрировались фотоэлектроны, вылетающие под углом 45о относительно нормали к поверхности образца. На фиг. 2 показан спектр РФСЭ исходной поверхности после установки образца и откачки загрузочной камеры. Видны пики загрязнений С,О,F. Отношение амплитуд пиков С1S и Si2р равно 1:7. На фиг.3 показан спектр РФСЭ после экспонирования в ХеF2. Пики С, О исчезли; существенно вырос пик F - образовался хемосорбционный слой из низших фторидов кремния. На фиг. 4 показан спектр РФСЭ после прогрева при 600оС/10 с. Отношение амплитуд пиков С1S и Si2р равно 1:200. П р и м е р 2. Взят образец Si (100) КЖФ-7,5 с существенно большим загрязнением поверхности. Условия очистки: давление в загрузочной камере - 110-4 Па, экспозиция в ХеF2 - 810-2 х 10 мин, нагрев - 600оС/15 с. Условия съемки спектров РФСЭ те же. На фиг.5 показана исходная поверхность кремния. Отношение амплитуд пиков С1S и Si2р равно 1:2,5. На фиг. 6 - поверхность после экспонирования в ХеF2: на фиг.7 - после прогрева при 600оС. Отклонение амплитуд пиков С1S и Si2р равно: 1:50. Рефлексы ДМЭ появились после отжига при Т=750оС через 2 мин. П р и м е р 3. Исходный образец по примеру 1. Давление в загрузочной камере 710-5 Па; экспозиция - 110-2х3 мин, нагрев - 550оС/30 с. Отношение пиков С1S и Si2р после прогрева равно 1:180. Использование предлагаемого способа очистки поверхности кремния позволяет упростить процесс очистки поверхности кремния, поскольку для очистки поверхности от углеродных загрязнений не требуется использовать прецизионное жидкостное травление и бокс для передачи образца в камеру, а для удаления окисного слоя - не применять эффузионную ячейку, сложность изготовления которой связана с необходимостью обеспечить высокую технологическую чистоту молекулярного потока кремния.
