Surfaces et Interfaces des Matériaux Avancés / Surfaces and Interfaces of Advanced Materials

J. Phys. IV France 07 (1997) C6-127-C6-135
DOI: 10.1051/jp4:1997611

Oxydation catalytique du silicium : l'obtention de couches d'oxydes uniformes

D. Roy¹ and B. Lamontagne<sup>2

1</sup>  Centre de Recherche sur les Propriétés des Interfaces et la Catalyse (CERPIG) et Laboratoire de Physique Atomique et Moléculaire (LPAM), Département de Physique, Pavillon Vachon, Université Labal, Québec, GIK 7P4, Canada
²  Institut des Sciences des Microstructures, Conseil National de Recherches du Canada, Édifice M-50, Chemin Montréal, Ottawa (Ontario) K1A 0R6, Canada

Résumé
L'oxydation catalytique du silicium (111) à l'aide des métaux alcalins, particulièrement le potassium, est étudiée dans notre groupe depuis plusieurs années, à l'aide de diverses techniques. Il est bien connu qu'à température ambiante, on ne peut déposer qu'une monocouche de potassium et qu'il n'en résultera qu'une faible quantité d'oxyde sous forme d'une mince couche uniforme. Le défi est de déterminer dans quelles conditions on peut arriver à obtenir des couches plus épaisses et toujours uniformes. Ainsi, sur un échantillon de Si(111) refroidi à environ -125°C, il est possible de déposer une plus grande quantité de potassium. Toutefois, tel que confirmé par SEM, micro-AES et AFM, le mécanisme d'adsorption de potassium à cette température est caractérisé par une croissance en îlots du type Stranski-Krastanov. Après exposition à l'oxygène, la désorption subséquente du potassium à température modérée (700°C) donne des îlots de SiO₂ entourés d'une mince couche uniforme de SiO₂. Cependant nos travaux ont montré que l'on peut obtenir une couche uniforme de SiO₂ si la couverture de potassium est exposée à une basse pression d'oxygène (10^-8 mbar). On peut arriver au même résultat si l'adsorption de potassium s'effectue simultanément avec l'exposition à l'oxygène à température ambiante. L'élimination finale du potassium est confirmée par des mesures SIMS.

Abstract
The catalytic oxydation of silicon (111) by alkali metals, mainly potassium, has been studied in our group for many years, by mean of various techniques. It is well known that, at room temperature, only one monolayer of potassium can be deposited, resulting in a thin uniform oxide layer. The challenge is to determine which conditions can yield thicker, still uniform, oxide layers. For instance, on a sample of Si(111) cooled at about -125°C, more potassium can be deposited. However, as confirmed by SEM, micro-AES and AFM, the adsorption of potassium at this temperature is characterized by the Stranski-Krastanov growth mode in islands. After exposition to oxygen, the subsequent desorption of potassium at moderate temperature (700°C) yields SiO₂ islands, surrounded by a thin uniform layer of SiO₂. Our works have shown that it is possible to obtain a uniform layer of SiO₂ if the potassium overlayer is exposed to low oxygen pressure (10_-8 mbar). Similar results can be obtained if potassium deposition is done simultaneously with oxygen exposition at room temperature. The final elimination of potassium is confirmed by SIMS measurements.

© EDP Sciences 1997