本發(fā)明涉及一種單晶硅(100)表面的制備方法，更具體地說，涉及一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法。
背景技術(shù)：
單晶硅(100)是現(xiàn)今半導(dǎo)體IC器件的基礎(chǔ)原料，在從硅錠切割成硅片的過程中，硅片表面會形成厚度在2nm的氧化硅絕緣層。隨著IC器件物理尺度的持續(xù)減小，需要獲得原子級平整的硅表面，從而降低各種缺陷帶來的器件性能下降。以原子級平整硅(100)表面為基礎(chǔ)的納米技術(shù)要求表面不得存在絕緣性能的氧化硅層。
為去除單晶硅表面氧化硅層，從而獲得原子級平整的硅(100)表面，傳統(tǒng)的閃蒸方法為：在超高真空條件下，通過50～100℃/s的升溫速度將硅片升高到1100℃，并在該溫度下維持30秒，然后以5～10℃/s的降溫速度降到室溫。通過上述閃蒸方法可以獲得原子級平整的硅(100)表面，但是傳統(tǒng)的閃蒸技術(shù)制備溫度高達(dá)1100℃以上，因此能耗大。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有為去除單晶硅表面氧化硅層時所使用的閃蒸技術(shù)耗能大的不足，提供了一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，操作方便，通過增加氧化鍶薄膜作為催化劑，將在真空條件下去除單晶硅(100)表面氧化硅的溫度從1100℃降低至550℃，從而獲得原子級平整的單晶硅(100)表面，節(jié)省能耗。
2.技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，以單晶硅(100)片為襯底，其步驟為：
1)清洗襯底：
1-1)將單晶硅(100)片切割成一定大??；
1-2)將切割好的單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡一定時間；
1-3)經(jīng)無水酒精浸泡后的單晶硅(100)片使用純水超聲清洗；
1-4)將用純水超聲清洗后的單晶硅(100)片用高純氮氣吹干，然后放入真空腔內(nèi)；
2)在襯底上形成的氧化硅表面上制備氧化鍶薄膜：
2-1)將上述真空腔的腔體抽真空，使得本底真空達(dá)到1×10-6Pa；
2-2)在1×10-6Pa的真空下，對襯底進行加熱，加熱溫度為室溫～300℃；
2-3)使用脈沖激光沉積技術(shù)在氧化硅表面沉積0.5-2.0nm厚度的氧化鍶薄膜；
3)制備原子級平整的單晶硅(100)表面：
3-1)使用離子泵和鈦升華泵將真空腔的本底真空度抽到1×10-8Pa；
3-2)將含有氧化鍶薄膜的襯底加熱到550～650℃；
3-3)在550～650℃溫度下維持1～20min，在這一恒溫過程中，氧化硅與硅發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)氧化亞硅并蒸發(fā)掉，氧化鍶薄膜作為催化劑使用并以氣態(tài)蒸發(fā)掉；
3-4)將襯底的溫度降低到室溫，同時確保真空腔的本底真空度維持在1×10-8Pa，此時即可獲得原子級平整的單晶硅(100)表面。
更進一步地，所述的步驟2)中脈沖激光沉積技術(shù)的工藝參數(shù)為：激光功率密度為5～20W/cm2，工藝真空度為1×10-6～1×10-4Pa，氧化鍶靶材，襯底溫度為室溫～300℃，沉積時間為1s～30s，薄膜厚度為0.5～2.0nm。
更進一步地，所述的步驟1)中單晶硅(100)片切割成2×2cm2大小，單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡24小時，單晶硅(100)片使用15兆歐純水超聲清洗3遍。
3.有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：
(1)本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，其清洗襯底，先采用無水酒精浸泡，再使用超聲清洗，最后用高純氮氣吹干，操作方便，能夠很好地去除單晶硅(100)表面的有機物；
(2)本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，其步驟2-1)中要求真空腔內(nèi)本底真空達(dá)到1×10-6Pa，以降低單晶硅(100)表面吸附真空腔體里的殘余氣體數(shù)量，從而提高氧化鍶與含氧化硅的襯底之間界面質(zhì)量；
(3)本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，其步驟3-1)中要求真空腔內(nèi)本底真空達(dá)到1×10-8Pa，能夠保證在此真空度下含有氧化鍶薄膜的襯底表面保持潔凈的時間可長達(dá)10小時以上；
(4)本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，其使用脈沖激光沉積技術(shù)在氧化硅表面層上沉積0.5～2.0nm厚度的氧化鍶薄膜，然后在超高真空條件下進行退火熱處理，退火時間控制在1～20min，在退火熱處理過程中氧化鍶薄膜作為催化劑使用，降低氧化硅與硅反應(yīng)所需溫度，使得氧化硅與硅在退火溫度范圍在550～650℃時就能反應(yīng)生產(chǎn)氣態(tài)氧化亞硅，而氧化鍶薄膜本身在退火熱處理過程中會以氣態(tài)蒸發(fā)掉，退火時間控制在 1～20min，確保氧化硅及氧化鍶薄膜均完全去除掉，即可獲得具有原子級平整度的單晶硅(100)表面，區(qū)別于傳統(tǒng)的閃蒸技術(shù)制備溫度高達(dá)1100℃以上，操作方便，通過增加催化劑氧化鍶薄膜，將在真空條件下去除單晶硅(100)表面氧化硅的溫度從1100℃降低至550℃，節(jié)省能耗；
(5)本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，其使用脈沖激光沉積技術(shù)在氧化硅表面層上沉積0.5～2.0nm厚度的氧化鍶薄膜，脈沖激光沉積技術(shù)成熟，具有良好的保成分性，對襯底溫度要求低，制備的氧化鍶薄膜均勻。
附圖說明
圖1為采用本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法所制成的原子級平整的單晶硅(100)表面的掃描隧道顯微鏡圖片。
具體實施方式
為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
實施例1
本實施例的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，以單晶硅(100)片為襯底，其步驟為：
1)清洗襯底，操作方便，能夠很好地去除單晶硅(100)表面的有機物：
1-1)將單晶硅(100)片切割成一定大小，本實施例中單晶硅(100)片切割成2×2cm2大小；
1-2)將切割好的單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡一定時間，本實施例中單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡24小時；
1-3)經(jīng)無水酒精浸泡后的單晶硅(100)片使用純水超聲清洗，本實施例中單晶硅(100)片使用15兆歐純水超聲清洗3遍；
1-4)將用純水超聲清洗后的單晶硅(100)片用高純氮氣吹干，然后放入真空腔內(nèi)；
2)在襯底上形成的氧化硅表面上制備氧化鍶薄膜：
2-1)將上述真空腔的腔體抽真空，使得本底真空達(dá)到1×10-6Pa，以降低單晶硅(100)表面吸附真空腔體里的殘余氣體數(shù)量，從而提高氧化鍶與含氧化硅的襯底之間界面質(zhì)量；
2-2)在1×10-6Pa的真空下，對襯底進行加熱，加熱溫度為25℃；
2-3)使用脈沖激光沉積技術(shù)在氧化硅表面沉積0.5nm厚度的氧化鍶薄膜，脈沖激光沉積技術(shù)成熟，具有良好的保成分性，對襯底溫度要求低，制備的氧化鍶薄膜均勻，其中脈沖激光沉積技術(shù)的工藝參數(shù)為：激光功率密度為5W/cm2，工藝真空度為1×10-6Pa，氧化鍶靶材，襯底溫度為25℃，沉積時間為20s，薄膜厚度為2.0nm；
3)制備原子級平整的單晶硅(100)表面：
3-1)使用離子泵和鈦升華泵將真空腔的本底真空度抽到1×10-8Pa，能夠保證在此真空度下含有氧化鍶薄膜的襯底表面保持潔凈的時間可長達(dá)10小時以上；
3-2)將含有氧化鍶薄膜的襯底加熱到550℃；
3-3)在550℃溫度下維持1min，在這一恒溫過程中，氧化硅與硅發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)氧化亞硅并蒸發(fā)掉，氧化鍶薄膜作為催化劑使用并以氣態(tài)蒸發(fā)掉；
3-4)將襯底的溫度降低到室溫，同時確保真空腔的本底真空度維持在1×10-8Pa，以降低真空腔體內(nèi)的殘余氣體分子對表面結(jié)構(gòu)的影響，此時即可獲得原子級平整的單晶硅(100)表面(參見圖1所示)。
制備原理為：先將單晶硅(100)片進行清洗，確保去除單晶硅(100)表面的有機物，再在1×10-6Pa的真空度下，使用脈沖激光沉積技術(shù)在氧化硅表面層上沉積0.5～2.0nm厚度的氧化鍶薄膜，然后在1×10-8Pa的真空度下進行退火熱處理去除氧化硅，由于氧化鍶薄膜作為催化劑使用的緣故，使得退火溫度范圍在550～650℃時即可去除氧化硅，具體為在退火熱處理過程中氧化鍶薄膜作為催化劑使用，降低氧化硅與硅反應(yīng)所需溫度，使得氧化硅與硅在退火溫度范圍在550～650℃時就能反應(yīng)生產(chǎn)氣態(tài)氧化亞硅，而氧化鍶薄膜本身在退火熱處理過程中會以氣態(tài)蒸發(fā)掉，退火時間控制在1～20min，確保氧化硅及氧化鍶薄膜均完全去除掉，即可獲得具有原子級平整度的單晶硅(100)表面。
實施例2
本實施例的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，以單晶硅(100)片為襯底，其步驟為：
1)清洗襯底，操作方便，能夠很好地去除單晶硅(100)片表面的有機物：
1-1)將單晶硅(100)片切割成一定大小，本實施例中單晶硅(100)片切割成2×2cm2大??；
1-2)將切割好的單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡一定時間，本實施例中單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡24小時；
1-3)經(jīng)無水酒精浸泡后的單晶硅(100)片使用純水超聲清洗，本實施例中單晶硅(100)片使用15兆歐純水超聲清洗3遍；
1-4)將用純水超聲清洗后的單晶硅(100)片用高純氮氣吹干，然后放入真空腔內(nèi)；
2)在襯底上形成的氧化硅表面上制備氧化鍶薄膜：
2-1)將上述真空腔的腔體抽真空，使得本底真空達(dá)到1×10-6Pa，以降低單晶硅(100)表面吸附真空腔體里的殘余氣體數(shù)量，從而提高氧化鍶與含氧化硅的襯底之間界面質(zhì)量；
2-2)在1×10-6Pa的真空下，對襯底進行加熱，加熱溫度為160℃；
2-3)使用脈沖激光沉積技術(shù)在氧化硅表面沉積1.3nm厚度的氧化鍶薄膜，其中脈沖激光沉積技術(shù)的工藝參數(shù)為：激光功率密度為13W/cm2，工藝真空度為5×10-5Pa，氧化鍶靶材，襯底溫度為160℃，沉積時間為10s，薄膜厚度為1.0nm；
3)制備原子級平整的單晶硅(100)表面：
3-1)使用離子泵和鈦升華泵將真空腔的本底真空度抽到1×10-8Pa，能夠保證在此真空度下含有氧化鍶薄膜的襯底表面保持潔凈的時間可長達(dá)10小時以上；
3-2)將含有氧化鍶薄膜的襯底加熱到600℃；
3-3)在600℃溫度下維持16min，在這一恒溫過程中，氧化硅與硅發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)氧化亞硅并蒸發(fā)掉，氧化鍶薄膜作為催化劑使用并以氣態(tài)蒸發(fā)掉；
3-4)將襯底的溫度降低到室溫，同時確保真空腔的本底真空度維持在1×10-8Pa，此時即可獲得原子級平整的單晶硅(100)表面。
實施例3
本實施例的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，以單晶硅(100)片為襯底，其步驟為：
1)清洗襯底，操作方便，能夠很好地去除單晶硅(100)片表面的有機物：
1-1)將單晶硅(100)片切割成一定大小，本實施例中單晶硅(100)片切割成2×2cm2大?。?/p>
1-2)將切割好的單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡一定時間，本實施例中單晶硅(100)片放在無水酒精中浸泡24小時；
1-3)經(jīng)無水酒精浸泡后的單晶硅(100)片使用純水超聲清洗，本實施例中單晶硅(100)片使用15兆歐純水超聲清洗3遍；
1-4)將用純水超聲清洗后的單晶硅(100)片用高純氮氣吹干，然后放入真空腔內(nèi)；
2)在襯底上形成的氧化硅表面上制備氧化鍶薄膜：
2-1)將上述真空腔的腔體抽真空，使得本底真空達(dá)到1×10-6Pa，以降低單晶硅(100)表面吸附真空腔體里的殘余氣體數(shù)量，從而提高氧化鍶與含氧化硅的襯底之間界面質(zhì)量；
2-2)在1×10-6Pa的真空下，對襯底進行加熱，加熱溫度為300℃；
2-3)使用脈沖激光沉積技術(shù)在氧化硅表面沉積2.0nm厚度的氧化鍶薄膜，其中脈沖激光沉積技術(shù)的工藝參數(shù)為：激光功率密度為20W/cm2，工藝真空度為1×10-4Pa，氧化鍶靶材，襯底溫度為300℃，沉積時間為1s，薄膜厚度為0.5nm；
3)制備原子級平整的單晶硅(100)表面：
3-1)使用離子泵和鈦升華泵將真空腔的本底真空度抽到1×10-8Pa，能夠保證在此真空度下含有氧化鍶薄膜的襯底表面保持潔凈的時間可長達(dá)10小時以上；
3-2)將含有氧化鍶薄膜的襯底加熱到650℃；
3-3)在650℃溫度下維持20min，在這一恒溫過程中，氧化硅與硅發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)氧化亞硅并蒸發(fā)掉，氧化鍶薄膜作為催化劑使用并以氣態(tài)蒸發(fā)掉；
3-4)將襯底的溫度降低到室溫，同時確保真空腔的本底真空度維持在1×10-8Pa，此時即可獲得原子級平整的單晶硅(100)表面。
本發(fā)明的一種原子級平整單晶硅(100)表面的制備方法，步驟簡單，操作方便，，通過增加氧化鍶薄膜作為催化劑，將在真空條件下去除單晶硅(100)表面氧化硅的溫度從1100℃降低至550℃，從而獲得原子級平整的單晶硅(100)表面，節(jié)省能耗，區(qū)別于傳統(tǒng)的閃蒸技術(shù)制備溫度高達(dá)1100℃以上。
以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。