Due to its scale, thin film has quite different physical properties from the bulk material, depending on the surface condition of underlying substrate as well as deposition procedure. It has been known that single crystalline silicon can grow only on smooth and clean surface free of carbon, oxygen and metal contamination at high temperature. Thus this study focused on the surface phenomena and mechanism during low-pressure UVOC and $UV/NF_3$ treatments as surface preparation processes.
Silicon substrate coated with a commercial photoresist, AZ1512, as carbon contamination source, was subjected to UVOC and $UV/NF_3$ process, and examined using various surface and bulk analysis methods. From the result of Fourier Transform Infrared Spectroscopic analysis and organic elemental analysis, AZ1512 is thought to consist of Novolak resin and diazonaphthoquinone carboxylic acid ester derivatives as structural material and photosensitizer. Calorimetric analysis showed thermal decomposition starts near 150℃. Both Norrish type photochemical reaction and photo-oxidation decompose AZ1512 during UVOC. There appeared the slow-down of removal in 10 min, which is explained as depletion of ketone structure. A model for UVOC decomposition of AZ1512 is proposed. In $UV/NF_3-H_2$ experiment, the interaction between surface and HF molecules produced in gas phase reaction is found to be responsible for the smoothing of surface. A model of $UV/NF_3-H_2$ oxide cleaning mechanism based on the observations in Atomic Force Microscopy and reflectance spectra is suggested.
박막은 그 두께가 극단적으로 얇기 때문에, 증착방법이나 증착시키는 모재의 표면 상태에 따라, 벌크상의 물질과는 상당히 다른 물성을 가지게 된다. 실리콘 단결정 박막의 경우 탄소, 산소, 금속과 같은 오염이 표면에 존재하지 않고 원자수준의 평탄도가 유지되는 표면에 자란다고 알려져 있다. 그래서 이 연구는 표면처리공정으로 알려진 자외광 오존 및 자외광-삼불화질소 처리의 저압에서의 표면 현상과 메커니즘에 초점을 맞추었다.
탄소오염원으로 상용감광제인 AZ1512를 코팅한 실리콘 표면을 자외광 오존 및 자외광-삼불화질소로 처리하고 이를 여러가지 표면 및 벌크상 분석법으로 분석하였다. 푸리에변환 적외분광법과 유기원소분석 결과로부터 AZ1512는 구조물질인 노볼락수지와 광감응물질인 디아조나프토퀴논 카르복시산 에스테르 유도체로 구성되어있다고 판단된다. 열분석법을 통해 AZ1512가 150℃ 근방에서 시작되는 것을 확인하였다. AZ1512의 자외광 오존 분해에서는 노리쉬형 광화학반응과 광산화반응이 동시에 기여한다. 10분 이후에는 분해과정이 늦어지기 시작했는데, 이는 AZ1512를 구성하던 케톤 구조의 고갈로 설명할 수 있다. 자외광/삼불화질소-수소 표면처리 실험에서는 기상반응에서 형성된 불산 분자와 표면간의 상호작용이 표면의 거칠기를 감소시키는 것이 밝혀졌다. 자외광/삼불화질소-수소 처리의 실리콘산화막 제거 메커니즘에 대한 모델을 원자간력 현미경 및 전반사분광법 실험결과에 기초하여 제시하였다.
