RU2368034C1 - Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure - Google Patents
Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368034C1 RU2368034C1 RU2008118927/28A RU2008118927A RU2368034C1 RU 2368034 C1 RU2368034 C1 RU 2368034C1 RU 2008118927/28 A RU2008118927/28 A RU 2008118927/28A RU 2008118927 A RU2008118927 A RU 2008118927A RU 2368034 C1 RU2368034 C1 RU 2368034C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- insulating layer
- implantation
- impurity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при создании приборных структур, в частности структур кремний-на-изоляторе (КНИ), в производстве современных сверхбольших интегральных схем (СБИС) и других изделий микро- и наноэлектроники.The invention relates to semiconductor technology and can be used to create device structures, in particular silicon-on-insulator (SOI) structures, in the production of modern ultra-large integrated circuits (VLSI) and other products of micro- and nanoelectronics.
Известен способ изготовления структуры кремний на изоляторе (патент США №5468657 на изобретение, МПК: 6 H01L 21/762), заключающийся в том, что в области полупроводниковой подложки, предназначенной для создания изолирующего слоя, формируют захороненный слой диэлектрика; проводят имплантацию ионов азота в подложку, формируя распределение ионов азота, центрированное на той же самой глубине, что и область изолирующего слоя; проводят термическую обработку подложки, вызывающую миграцию ионов азота к границам захороненного слоя диэлектрика с верхней и нижней областями полупроводника подложки, осуществляя тем самым пассивацию на указанных границах. При этом формирование захороненного слоя диэлектрика осуществляют посредством имплантации в полупроводниковую подложку ионов кислорода и отжига, формирующего захороненный слой окисла, имплантацию ионов азота в подложку проводят до или после имплантации ионов кислорода или одновременно, причем центр распределения как одних, так и других имплантированных ионов расположен на одной и той же глубине подложки, последующую термическую обработку подложки, вызывающую миграцию ионов азота, проводят одновременно с отжигом, формирующим захороненный слой окисла; или имплантацию ионов азота в подложку проводят после имплантации ионов кислорода и последующего сразу за ней отжига, формирующего захороненный слой окисла, причем центр распределения как одних, так и других имплантированных ионов расположен на одной и той же глубине подложки. При имплантации ионов азота используют дозы 1×1011÷1×1013 см-2. В качестве захороненного слоя диэлектрика формируют окисел кремния посредством имплантации ионов кислорода через рабочую поверхность подложки, приводящей к образованию распределения ионов кислорода, центрированного на глубине имплантации вблизи рабочей поверхности, дозой 1×1017÷3×1018 см-2 и энергией от 30 кэВ до 120 кэВ при условии, что доза имплантируемых ионов азота составляет вышеуказанную величину, а энергия их равна энергии ионов кислорода или меньше на величину, составляющую до 25% энергии ионов кислорода. Термическую обработку подложки, вызывающую миграцию ионов азота к границам захороненного слоя диэлектрика с верхней и нижней областями полупроводника подложки, осуществляющую тем самым пассивацию на указанных границах, проводят при температуре 700÷1000°С в течение 10÷30 минут.A known method of manufacturing a silicon structure on an insulator (US patent No. 5468657 for the invention, IPC: 6 H01L 21/762), which consists in the fact that in the area of the semiconductor substrate, designed to create an insulating layer, form a buried dielectric layer; implantation of nitrogen ions into the substrate, forming a distribution of nitrogen ions centered at the same depth as the region of the insulating layer; conduct thermal treatment of the substrate, causing the migration of nitrogen ions to the boundaries of the buried dielectric layer with the upper and lower regions of the semiconductor of the substrate, thereby passivating at these boundaries. In this case, the formation of a buried dielectric layer is carried out by implantation of oxygen ions in a semiconductor substrate and annealing, forming a buried oxide layer, the implantation of nitrogen ions in the substrate is carried out before or after implantation of oxygen ions or simultaneously, the distribution center of both one and the other implanted ions is located on the same depth of the substrate, subsequent heat treatment of the substrate, causing the migration of nitrogen ions, is carried out simultaneously with annealing, forming a fence enny oxide layer; or the implantation of nitrogen ions into the substrate is carried out after the implantation of oxygen ions and subsequent annealing immediately after it, forming a buried oxide layer, the distribution center of the same and other implanted ions being located at the same depth of the substrate. When implanting nitrogen ions, doses of 1 × 10 11 ÷ 1 × 10 13 cm -2 are used . Silicon oxide is formed as a buried dielectric layer by implantation of oxygen ions through the working surface of the substrate, leading to the formation of an oxygen ion distribution centered at the depth of implantation near the working surface, with a dose of 1 × 10 17 ÷ 3 × 10 18 cm -2 and an energy of 30 keV up to 120 keV, provided that the dose of implantable nitrogen ions is the above value, and their energy is equal to the energy of oxygen ions or less by an amount amounting to 25% of the energy of oxygen ions. Heat treatment of the substrate, causing the migration of nitrogen ions to the boundaries of the buried dielectric layer with the upper and lower regions of the semiconductor of the substrate, thereby passivating at the indicated boundaries, is carried out at a temperature of 700 ÷ 1000 ° C for 10 ÷ 30 minutes.
К недостаткам приведенного технического решения относятся низкое качество получаемых приборных структур, узкая сфера применения способа, в частности, невозможность использования способа при создании высокоскоростных СБИС. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами.The disadvantages of the technical solution include the low quality of the resulting instrument structures, the narrow scope of the method, in particular, the inability to use the method when creating high-speed VLSI. These disadvantages are due to the following reasons.
Во-первых, формированием для получения структуры кремний на изоляторе захороненного слоя диэлектрика посредством имплантации в монокристаллическую подложку кремния ионов О+ с использованием указанных доз. Данный технологический этап способа вызывает генерацию радиационных дефектов и аморфизацию слоя, подвергшегося имплантации, и, как следствие, обуславливает низкое качество получаемых структур. Последующий высокотемпературный отжиг (термическая обработка подложки) нарушенного слоя кремния вызывает генерацию дислокационных петель как в слое кремния, лежащем ниже области, подвергшейся имплантации, так и в слое кремния, лежащем выше нее, что также отрицательно сказывается на качестве структур. Дислокационные петли стабильны вплоть до температур, близких к температуре плавления кремния, и негативно влияют на электрофизические свойства приборов, формируемых на основе созданных структур.First, the formation of a silicon structure on the insulator of a buried dielectric layer by means of implantation of O + ions into a single-crystal silicon substrate using the indicated doses to obtain a structure. This technological step of the method causes the generation of radiation defects and amorphization of the implanted layer, and, as a result, determines the low quality of the resulting structures. Subsequent high-temperature annealing (thermal processing of the substrate) of the broken silicon layer causes the generation of dislocation loops both in the silicon layer lying below the implanted region and in the silicon layer lying above it, which also negatively affects the quality of the structures. Dislocation loops are stable up to temperatures close to the melting temperature of silicon, and negatively affect the electrophysical properties of devices formed on the basis of the created structures.
Во-вторых, формированием захороненного слоя диэлектрика посредством имплантации, что позволяет получать толщину изолирующего слоя в узком диапазоне величин - 100÷200 нм.Secondly, by the formation of a buried dielectric layer through implantation, which allows one to obtain the thickness of the insulating layer in a narrow range of values - 100–200 nm.
В-третьих, использованием указанных значений энергии ионов кислород, что накладывает ограничения на толщину верхнего отсеченного слоя кремния. С одной стороны, эта толщина ограничена величиной страгглинга имплантированных ионов, а с другой стороны, максимально достижимыми значениями энергии ионов. Данное обстоятельство существенно сужает сферу использования способа как для создания структур с субнанометровыми толщинами слоев, так и для создания толстых изолирующих и изолированных (отсеченных) слоев.Thirdly, using the indicated values of the ion energy, oxygen, which imposes restrictions on the thickness of the upper cut-off silicon layer. On the one hand, this thickness is limited by the straggling of the implanted ions, and on the other hand, by the maximum achievable ion energy values. This circumstance significantly narrows the scope of the use of the method both for creating structures with subnanometer layer thicknesses and for creating thick insulating and isolated (cut off) layers.
В-четвертых, наличием кислородосодержащих преципитатов на границах изолирующего слоя с верхним и нижним слоями кремния и непланарностью указанных границ раздела, снижающей качество структур и оказывающей негативное влияние на электрофизические свойства приборов. При формировании захороненного слоя диэлектрика посредством имплантации ионов кислорода имеет место гауссианаподобное распределение их в подложке, которое не обеспечивает однородного формирования изолирующего слоя при высокотемпературном отжиге (термическая обработка подложки), в результате чего и образуются преципитаты. Меры, устраняющие их негативное влияние, в способе отсутствуют. Для растворения кислородосодержащих преципитатов необходимо использование длительного высокотемпературного отжига при температурах, близких к температуре плавления кремния.Fourth, the presence of oxygen-containing precipitates at the boundaries of the insulating layer with the upper and lower silicon layers and the nonplanarity of these interfaces, which reduces the quality of structures and has a negative effect on the electrophysical properties of devices. During the formation of a buried dielectric layer by implantation of oxygen ions, a Gaussian-like distribution in the substrate takes place, which does not ensure uniform formation of the insulating layer during high-temperature annealing (thermal treatment of the substrate), as a result of which precipitates form. Measures that eliminate their negative impact in the method are absent. The dissolution of oxygen-containing precipitates requires the use of prolonged high-temperature annealing at temperatures close to the melting temperature of silicon.
В-пятых, проведением имплантации ионов N+ в центральную часть захороненного слоя диэлектрика с целью пассивации границ раздела изолирующего слоя с верхним и нижним слоями кремния в процессе последующего отжига, что вызывает образование в нем дефектов имплантации, обуславливающих структурную неоднородность слоя окиси кремния и возникновение ловушек заряда. Ухудшение однородности изолирующего слоя и накопление в нем ловушек заряда негативно влияет на электрофизические свойства приборов, создаваемых на основе структур, изготавливаемых данным способом.Fifth, by implanting N + ions into the central part of the buried dielectric layer in order to passivate the interface of the insulating layer with the upper and lower silicon layers during subsequent annealing, which causes the formation of implantation defects in it, which cause structural heterogeneity of the silicon oxide layer and the formation of traps charge. Deterioration of the uniformity of the insulating layer and the accumulation of charge traps in it negatively affect the electrophysical properties of devices created on the basis of structures manufactured by this method.
В качестве ближайшего технического решения к заявляемому способу выявлен способ изготовления структуры кремний на изоляторе (патент США №7169683 на изобретение, МПК: 8 H01L 21/48), заключающийся в том, что на поверхности полупроводниковой подложки формируют изолирующий слой, на поверхности полупроводниковой подложки-донора формируют защитный слой (промежуточный изолирующий слой) химически стойкого материала для химической защиты изолирующего слоя; после чего подложку и подложку-донор сращивают, соединяя изолирующим и защитными слоями; и затем осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку, формируя на ней отсеченный поверхностный слой полупроводника. В способе перенос слоя полупроводникового материала осуществляют за счет предварительного, перед сращиванием, создания в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, расположенный под защитным слоем на подложке-доноре, и последующего, за сращиваем, отделения слоя полупроводникового материала от подложки-донора с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке. Создание в подложке-доноре ослабленной зоны проводят посредством имплантации в подложку-донор атомов на заданную глубину или путем формирования пористого слоя. В качестве изолирующего слоя используют двуокись кремния, слой которой получают окислением подложки. В качестве материала защитного слоя используют диэлектрик, а именно нитрид кремния или оксинитрид, осаждаемый на подложку-донор. В способе используют полупроводниковые подложку и подложку-донор из кремния.As the closest technical solution to the claimed method, a method of manufacturing a silicon structure on an insulator (US patent No. 7169683 for invention, IPC: 8 H01L 21/48), which consists in the fact that an insulating layer is formed on the surface of the semiconductor substrate on the surface of the semiconductor substrate - donor form a protective layer (intermediate insulating layer) of a chemically resistant material for chemical protection of the insulating layer; after which the substrate and the donor substrate are spliced, connecting the insulating and protective layers; and then carry out the transfer of a layer of semiconductor material from the donor substrate to the substrate, forming on it a severed surface layer of the semiconductor. In the method, the transfer of the semiconductor material layer is carried out by preliminary, prior to splicing, the creation of a weakened zone in the donor substrate, which separates the semiconductor material layer transferred to the substrate located under the protective layer on the donor substrate, and subsequently, by splicing, separating the semiconductor material layer from the donor substrate with the formation of a cut off surface layer of the semiconductor on the substrate. The creation of a weakened zone in the donor substrate is carried out by implanting atoms into the donor substrate to a predetermined depth or by forming a porous layer. Silicon dioxide is used as the insulating layer, the layer of which is obtained by oxidizing the substrate. As the material of the protective layer, a dielectric is used, namely silicon nitride or oxynitride deposited on the donor substrate. The method uses a semiconductor substrate and a silicon donor substrate.
К недостаткам ближайшего технического решения относятся низкое качество получаемых приборных структур, узкая сфера применения способа, в частности невозможность использования способа при создании высокоскоростных СБИС. Низкое качество границы раздела между защитным слоем нитрида кремния и отсеченным поверхностным слоем кремния, а также между защитным слоем нитрида кремния и изолирующим слоем диоксида кремния получаемых многослойных структур ограничивает применение данного способа в технологии создания СБИС и нанотехнологии. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами.The disadvantages of the closest technical solution include the low quality of the resulting instrument structures, the narrow scope of the method, in particular the inability to use the method when creating high-speed VLSI. The low quality of the interface between the protective layer of silicon nitride and the cut off surface layer of silicon, as well as between the protective layer of silicon nitride and the insulating layer of silicon dioxide of the resulting multilayer structures, limits the use of this method in the technology of creating VLSI and nanotechnology. These disadvantages are due to the following reasons.
Во-первых, созданием защитного слоя Si3N4 или SiON методом осаждения на подложку-донор, что не позволяет сформировать атомарно гладкую границу раздела между защитным слоем и отсеченным поверхностным слоем кремния. В связи с этим граница раздела между указанными слоями характеризуется высокой плотностью положительного заряда, наличие которого приводит к деградации приборов, создаваемых на основе структур, сформированных описанным способом (P.Patruno, M.Kostrzewa, K.Landry, W.Xiong, C.R.Cleavelin, C-H.Hsu, M.Ma, J-P.Colinge. "Study of fin profiles and MuGFETs built on SOI wafers with nitride-oxide buried layers (NOx-BL) as the buried insulator layer", IEEE Intern. SOI Conf. Proc., p.51, (2007)).Firstly, by creating a protective layer of Si 3 N 4 or SiON by the method of deposition on a donor substrate, which does not allow the formation of an atomically smooth interface between the protective layer and the cut off surface silicon layer. In this regard, the interface between these layers is characterized by a high density of positive charge, the presence of which leads to the degradation of devices created on the basis of structures formed by the described method (P. Patruno, M. Kostrzewa, K. Landry, W. Xiong, CRCleavelin, CH .Hsu, M.Ma, JP.Colinge. "Study of fin profiles and MuGFETs built on SOI wafers with nitride-oxide buried layers (NOx-BL) as the buried insulator layer", IEEE Intern. SOI Conf. Proc., P .51, (2007)).
Во-вторых, для соединения слоев нитрида кремния/оксинитрида кремния и диоксида кремния необходимо наличие нарушенного или пористого слоя, результатом чего является несовершенная граница раздела между слоями соединяемых слоев диэлектрика, которая характеризуется повышенной плотностью микропустот и центров накопления объемного заряда. Это обстоятельство способствует снижению пробивных характеристик диэлектрика, оказывает негативное влияние на работу приборов, создаваемых на основе структур, сформированных данным способом, и ограничивает его применение в микро- и наноэлектронике.Secondly, to connect the layers of silicon nitride / silicon oxynitride and silicon dioxide, the presence of a broken or porous layer is required, resulting in an imperfect interface between the layers of the connected layers of the dielectric, which is characterized by an increased density of microvoids and centers of accumulation of space charge. This circumstance helps to reduce the breakdown characteristics of the dielectric, has a negative impact on the operation of devices created on the basis of structures formed by this method, and limits its use in micro- and nanoelectronics.
В-третьих, шероховатостью границ раздела между слоями диэлектрика, а также между слоем диэлектрика и отсеченным поверхностным слоем полупроводника. В данном техническом решении шероховатость может достигать нескольких нанометров, что приводит к ограничению использования данного способа для изготовления структур при создании приборов с пониженной размерностью (одноэлектронных и квантоворазмерных приборов), для которого предъявляются высокие требования к совершенству границ раздела.Thirdly, the roughness of the interface between the dielectric layers, as well as between the dielectric layer and the severed surface layer of the semiconductor. In this technical solution, the roughness can reach several nanometers, which leads to the restriction of the use of this method for the manufacture of structures for the creation of devices with a reduced dimension (single-electron and quantum-size devices), for which high demands are placed on the perfection of interfaces.
Техническим результатом изобретения является повышение качества структур кремний на изоляторе, расширение технологической сферы применения способа.The technical result of the invention is to improve the quality of the structures of silicon on the insulator, expanding the technological scope of the method.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления структуры кремний на изоляторе, заключающемся в том, что осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют изолирующий слой, подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке, причем перенос слоя полупроводникового материала осуществляют за счет предварительного, перед сращиванием, создания в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; в указанных этапах изолирующий слой сформирован аморфным, после формирования аморфного изолирующего слоя в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, перед сращиванием подложку и подложку-донор соединяют аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, после осуществления переноса и формирования на подложке отсеченного поверхностного слоя полупроводника проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing the silicon structure on the insulator, which consists in the following sequence of steps: the insulating layer is formed on the surface of the substrate, the substrate and the semiconductor donor substrate are spliced and the layer of semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate with the formation of the cut-off surface layer of the semiconductor on the substrate, and the transfer of a layer of semiconductor material is carried out by preliminary iem, creating a substrate-donor weakened zone effusing layer of semiconductor material carried on the substrate; in the indicated stages, the insulating layer is formed amorphous, after the formation of the amorphous insulating layer, ions of weakly soluble and easily segregating impurities of reactive gases are implanted under the implantation conditions, which provide an incorporated impurity concentration that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial layer during subsequent high-temperature processing dielectric with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates In the morning of the implantation area, before the splicing, the substrate and the donor substrate are connected by an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate highlighted by a weakened zone, after the transfer is carried out and the semiconductor surface layer is cut off, the high-temperature treatment is carried out under conditions ensuring segregation of the implanted into the amorphous insulating impurity layer to its interface with the cut-off surface layer of the semiconductor and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of compounds of the implanted impurity.
В способе в качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.In the method, silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
В способе создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.In the method, the creation of a weakened zone in the donor substrate that separates a layer of semiconductor material transferred to the substrate is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, and before the hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed.
В способе перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, после соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку, причем сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при варьировании температуры от 80 до 450°С, при длительности процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 101÷103 Па или в сочетании с использованием сухой атмосферы.In the method, before the substrate and the donor substrate are joined by an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred onto the substrate, respectively, the weakened zone, their surfaces to be joined are subjected to a treatment that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized jet water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces, after connecting the substrate and the donor substrate are indicated with their surfaces, they are simultaneously spliced and delaminated over the weakened area of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate, and drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces, connection of the substrate and the donor substrate, and splicing and delamination with transfer are carried out at a temperature ranging from 80 up to 450 ° С, with duration of procedures from 0.1 to 100 hours, in a chamber with a vacuum of 10 1 ÷ 10 3 Pa or in combination with the use of a dry atmosphere.
В способе имплантацию в подложку-донор водорода осуществляют с использованием энергии ионов водорода 20÷200 кэВ и дозы 2×1016÷1×1017 см-2.In the method, implantation into a hydrogen donor substrate is carried out using the energy of
В способе проводят имплантацию в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, таких как значение дозы ионов 1×1015÷1×1016 см-2 и энергии 20÷80 кэВ, при этом в качестве внедряемой примеси используют азот, а в качестве аморфного изолирующего слоя - слой SiO2.The method implies implanting into the amorphous insulating layer of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases under implantation conditions that provide a concentration of embedded impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, such as the dose of ions 1 × 10 15 ÷ 1 × 10 16 cm -2 and
В способе проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, таких как температура 1000÷1200°С и длительность 0,1÷1 час, а в качестве соединений с имплантированной примесью образуют нитрид или оксинитрид кремния.In the method, a high-temperature treatment is carried out under conditions ensuring segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity, such as a temperature of 1000 ÷ 1200 ° C and duration 0.1 ÷ 1 hour, and silicon nitride or oxynitride is formed as compounds with an implanted impurity.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. На Фиг.1 схематично представлены основные стадии изготовления структуры кремний на изоляторе: а) создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей отсеченный поверхностный слой полупроводникового материала посредством имплантации в подложку-донор водорода, б) имплантация в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов, в) сушка и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом отсеченного поверхностного слоя полупроводникового материала на подложку в вакуумной камере или инертной атмосфере, г) высокотемпературная обработка при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя за счет взаимодействия атомов решетки с имплантированной примесью; где 1 - полупроводниковая подложка-донор, 2 - слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, выделенный в подложке-доноре ослабленной зоной, полученной имплантацией водорода, 3 - подложка, 4 - аморфный изолирующий слой, 5 - глубина залегания имплантированных ионов реактивных газов, 6 - отсеченный поверхностный слой полупроводника, 7 - промежуточный изолирующий слой, содержащий соединения с имплантированной примесью. На Фиг.2 показаны высокоразрешающие электронно-микроскопические изображения КНИ-структур, содержащих подложку кремния, аморфный изолирующий слой SiO2 толщиной 300 нм, отсеченный поверхностный слой кремния толщиной 600 нм, полученные после высокотемпературной обработки в атмосфере N2 в течение 30 минут при температуре 1100°С: а) в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов The invention is illustrated by the following description and the accompanying figures. Figure 1 schematically shows the main stages of the fabrication of a silicon structure on an insulator: a) the creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases the clipped surface layer of the semiconductor material by implantation of hydrogen into the donor substrate, b) implantation of ions in the amorphous insulating layer is slightly soluble and easily segregating impurities of reactive gases, c) drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces, joining of a substrate and a donor substrate, splicing and delamination with transfer from cross-sectional surface layer of semiconductor material on a substrate in a vacuum chamber or inert atmosphere, d) high-temperature treatment under conditions that ensure segregation of impurities implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the severed surface layer of the semiconductor material and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer due to interactions of lattice atoms with an implanted impurity; where 1 is a semiconductor donor substrate, 2 is a layer of semiconductor material transferred to a substrate isolated in the donor substrate by a weakened zone obtained by hydrogen implantation, 3 is a substrate, 4 is an amorphous insulating layer, 5 is the depth of implanted reactive gas ions, 6 - cut off surface layer of the semiconductor; 7 - intermediate insulating layer containing compounds with an implanted impurity. Figure 2 shows high-resolution electron microscopic images of SOI structures containing a silicon substrate, an amorphous SiO 2 insulating layer with a thickness of 300 nm, a cut-off surface layer of silicon with a thickness of 600 nm, obtained after high-temperature treatment in an atmosphere of N 2 for 30 minutes at a temperature of 1100 ° C: a) in case of implantation into an amorphous insulating layer of ions
N+ с энергией 30 кэВ и дозой 1×1015 см-2; б) в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов N+ с энергией 30 кэВ и дозой 6×1015 см-2. На Фиг.3 представлены вольт-фарадные характеристики КНИ-структур с аморфным изолирующим слоем SiO2, подвергшимся имплантации ионов N+ дозой 6×1015 см-2, измеренные до и после облучения γ-квантами: а) при дозе облучения γ-квантами 105 рад, б) при дозе облучения γ-квантами 3×105 рад, в) при дозе облучения γ-квантами 1×106 рад, где 8 - характеристики, измеренные до облучения γ-квантами, 9 - характеристики, измеренные после облучения γ-квантами. На Фиг.4 показано накопление заряда, соответствующего эффективному заряду в объеме диэлектрика и поверхностному заряду на границе сращивания для изготовленных КНИ-структур, в зависимости от дозы облучения γ-квантами, где 10 - зависимость в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов азота дозой 1×1015 см-2; 11 - зависимость в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов азота дозой 3×1015 см-2; 12 - зависимость в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов азота дозой 6×1015 см-2.N + with an energy of 30 keV and a dose of 1 × 10 15 cm -2 ; b) in the case of implantation into the amorphous insulating layer of N + ions with an energy of 30 keV and a dose of 6 × 10 15 cm -2 . Figure 3 shows the capacitance-voltage characteristics of SOI structures with an amorphous insulating layer of SiO 2 subjected to implantation of N + ions with a dose of 6 × 10 15 cm -2 , measured before and after irradiation with γ-quanta: a) at a dose of γ-
В предлагаемом способе создание структуры кремний на изоляторе с использованием ионной имплантации и прямого переноса базируется на физических закономерностях, определяющих процессы переноса полупроводниковых слоев, процессы сегрегации и образования новой изолирующей фазы имплантированных слабо растворимых примесей реактивных газов на границе раздела. Для подтверждения правомерности физических представлений приводятся экспериментальные данные.In the proposed method, the creation of a silicon structure on an insulator using ion implantation and direct transfer is based on physical laws that determine the transfer processes of semiconductor layers, the segregation process, and the formation of a new insulating phase of implanted poorly soluble impurities of reactive gases at the interface. To confirm the validity of physical concepts, experimental data are presented.
В основе процессов переноса слоев полупроводникового материала, включающих в себя низкотемпературное сращивание подложки (3) и полупроводниковой подложки-донора (1) (Фиг.1) с одновременным переносом слоя (2) полупроводникового материала, используется различие поверхностных энергий пар гидрофильных и гидрофобных поверхностей в различных температурных интервалах. В запатентованном техническом решении (патент РФ №2217842 на изобретение «Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе» авторов Попова В.П. и Тысченко И.Е.) эта особенность была положена в основу создания структур Si/SiO2/Si. В зависимости от чистоты сращиваемых поверхностей подложки (3) и подложки-донора (1) эта разница поверхностных энергий может достигать нескольких порядков величины. Первый шаг создания структур КНИ следует рассматривать как процесс соединения гидрофильных поверхностей (включающий сращивание пластин кремния) и разрыва гидрофобных поверхностей (водородно-индуцированный перенос тонкого слоя полупроводникового материала с образованием отсеченного поверхностного слоя полупроводника). При этом первой решаемой задачей (Фиг.1, стадии а)-в)) в предлагаемом способе изготовления структур кремний на изоляторе является формирование на подложке (3), содержащей на рабочей поверхности аморфный изолирующий слой (4), отсеченного поверхностного слоя (6) полупроводника, что осуществляют посредством создания в подложке-доноре (1) ослабленной зоны, выделяющей слой (2) полупроводникового материала, переносимого на подложку (3), за счет имплантации в подложку-донор (1) водорода (так называемого водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой подложки-донора).The processes of transferring layers of a semiconductor material, including low-temperature splicing of a substrate (3) and a semiconductor donor substrate (1) (Figure 1) with simultaneous transfer of a layer (2) of semiconductor material, use the difference in surface energies of pairs of hydrophilic and hydrophobic surfaces in different temperature ranges. In the patented technical solution (RF patent No. 2217842 for the invention “A method for manufacturing a silicon-on-insulator structure” by V.P. Popov and I.E. Tyschenko), this feature was the basis for creating Si / SiO 2 / Si structures. Depending on the purity of the fused surfaces of the substrate (3) and the donor substrate (1), this difference in surface energies can reach several orders of magnitude. The first step in creating SOI structures should be considered as the process of joining hydrophilic surfaces (including the fusion of silicon wafers) and rupture of hydrophobic surfaces (hydrogen-induced transfer of a thin layer of semiconductor material with the formation of a cut-off surface layer of the semiconductor). In this case, the first problem to be solved (Fig. 1, stages a) -c)) in the proposed method for manufacturing silicon structures on an insulator is the formation on a substrate (3) containing an amorphous insulating layer (4) on the working surface, of a cut off surface layer (6) a semiconductor, which is carried out by creating a weakened zone in the donor substrate (1) that releases a layer (2) of semiconductor material transferred to the substrate (3) by implanting hydrogen (the so-called hydrogen-induced transfer with semiconductors oic donor substrate).
Параметрами, определяющими величину поверхностной энергии, в любом случае являются температура и высокое структурное качество поверхностей. В связи с этим одним из главных требований, необходимых для достижения полного (100%) гидрофильного соединения подложки (3) и полупроводниковой подложки-донора (1), является обеспечение предельно возможной чистоты поверхностей сращиваемых кремниевых пластин, отсутствия физически адсорбированных примесей на исходных поверхностях и последующее проведение непосредственно самой гидрофилизации поверхностей подложки (3) и подложки-донора (1). После гидрофилизации кремниевые пластины следует просушить и удалить с их поверхности физически адсорбированные вещества, для чего их помещают в центрифугу вакуумной камеры и нагревают там до необходимых для этого температур. Затем их соединяют в пары.In any case, the parameters that determine the magnitude of surface energy are temperature and the high structural quality of the surfaces. In this regard, one of the main requirements necessary to achieve a complete (100%) hydrophilic connection of the substrate (3) and the semiconductor donor substrate (1) is to ensure the maximum possible cleanliness of the surfaces of the fused silicon wafers, the absence of physically adsorbed impurities on the initial surfaces and subsequent direct hydrophilization of the surfaces of the substrate (3) and the donor substrate (1). After hydrophilization, the silicon wafers should be dried and physically adsorbed substances removed from their surface, for which they are placed in a centrifuge of a vacuum chamber and heated there to the temperatures necessary for this. Then they are paired.
Внутренние гидрофобные поверхности в соседних атомных плоскостях, которые параллельны поверхности полупроводниковой подложки-донора (1), предварительно формируют в слое полупроводника, подвергающемся имплантации водорода, за счет чего и происходит создание в подложке-доноре (1) ослабленной зоны, выделяющей слой (2) полупроводникового материала, переносимый на подложку (3). Формирование таких поверхностей происходит путем образования в подвергшемся имплантации слое X-H-H-X связей в результате захвата водорода на растянутые и ослабленные X-X связи полупроводниковой матрицы, перпендикулярные поверхности. Для того чтобы обеспечить на глубине среднего проективного пробега ионов Rp создание двух гидрофобных (100) плоскостей с полным (100%) покрытием X-H-H-X связями при имплантации, приводящей к формированию отсеченного поверхностного слоя (6) полупроводника на подложке (3), необходимы дозы ионов Н+, H2 + 2×1016÷1×1017 см-2 при их энергиях от 20 до 200 кэВ.Internal hydrophobic surfaces in adjacent atomic planes, which are parallel to the surface of the semiconductor donor substrate (1), are preliminarily formed in the semiconductor layer undergoing hydrogen implantation, which results in the creation of a weakened zone in the donor substrate (1) that releases the layer (2) semiconductor material transferred onto a substrate (3). The formation of such surfaces occurs by the formation of bonds in the XHHX layer after implantation as a result of hydrogen capture on the stretched and weakened XX bonds of the semiconductor matrix perpendicular to the surface. In order to ensure the creation of two hydrophobic (100) planes with a full (100%) XHHX bond coating at implantation at a depth of the average projective range of ions R p , which leads to the formation of a severed surface layer (6) of the semiconductor on the substrate (3), ion doses are required H + , H 2 + 2 × 10 16 ÷ 1 × 10 17 cm -2 at their energies from 20 to 200 keV.
Второй шаг - реализация процесса создания дополнительного, промежуточного (между отсеченным поверхностным слоем полупроводника и изолирующим слоем), изолирующего слоя (7), за счет чего и повышается качество изготавливаемых предлагаемым способом структур и расширяется сфера применения способа. Вторая решаемая задача при этом - формирование промежуточного изолирующего слоя (7) (Фиг.1, стадия б)-г)). В основе реализации второго шага лежит использование свойств газовых реактивных примесей обладать низкой растворимостью в веществе и крайне низкой способностью образования связей с атомами матрицы на основе кремния. Атомы реактивных примесей, имплантированные в твердотельную матрицу (которой является аморфный изолирующий слой (4) на подложке (3)), обладают способностью образовывать газовые молекулы с незначительным радиусом, которые, не будучи связанными с решеткой матрицы, характеризуются достаточно большим коэффициентом диффузии. В свою очередь, газовые молекулы легко взаимодействуют с дефектами внутри подвергшейся имплантации матрицы или с имеющимися конкурирующими стоками, такими как реальная поверхность кристалла или внутренние границы раздела. Это означает, что структурные нарушения, в частности внутренние границы раздела, могут быть центром накопления реактивных примесей и последующего образования новой фазы с участием имплантированной примеси и материала подвергшейся имплантации среды при последующих высокотемпературных обработках. Описанными свойствами и способностями обладает примесь азота, внедряемая посредством ионной имплантации в аморфный изолирующий слой (4) SiO2, расположенный на подложке (3) Si. При этом азот, вступая в химическую реакцию с кремнием, может кристаллизоваться при относительно низких температурах с образованием α- и β-модификаций Si3N4.The second step is the implementation of the process of creating an additional, intermediate (between the cut off surface layer of the semiconductor and insulating layer), insulating layer (7), due to which the quality of the structures produced by the proposed method is increased and the scope of the method is expanded. The second problem to be solved is the formation of an intermediate insulating layer (7) (Figure 1, stage b) -d)). The implementation of the second step is based on the use of the properties of gas reactive impurities to have low solubility in the substance and extremely low ability to form bonds with atoms of the matrix based on silicon. Atoms of reactive impurities implanted in a solid-state matrix (which is an amorphous insulating layer (4) on a substrate (3)) have the ability to form gas molecules with a small radius, which, without being bound to the matrix lattice, are characterized by a sufficiently large diffusion coefficient. In turn, gas molecules easily interact with defects inside the implanted matrix or with existing competing sinks, such as the real crystal surface or internal interfaces. This means that structural disturbances, in particular internal interfaces, can be the center of accumulation of reactive impurities and the subsequent formation of a new phase with the participation of the implanted impurity and the material of the implanted medium during subsequent high-temperature treatments. The described properties and abilities are possessed by an admixture of nitrogen introduced by ion implantation into the amorphous insulating layer (4) of SiO 2 located on the substrate (3) of Si. In this case, nitrogen, entering into a chemical reaction with silicon, can crystallize at relatively low temperatures with the formation of α- and β-modifications of Si 3 N 4 .
Определяющими параметрами при создании промежуточного изолирующего слоя (7) (см. Фиг.1, стадия г)) являются концентрация внедренной примеси и температура высокотемпературной обработки. Концентрация атомов азота в SiO2 должна обеспечивать формирование на границе сращивания КНИ-структуры слоя (7) нитрида или оксинитрида кремния толщиной, по меньшей мере, в один монослой в процессе дальнейшего после имплантационного отжига (высокотемпературной обработки), но быть недостаточной для ионного синтеза преципитатов на глубине (5), соответствующей максимуму распределения внедренных ионов азота. Это условие выполняется при использовании энергии от 30 до 80 кэВ и дозы ионов азота 1×1015÷1×1016 см-2. Температурный интервал, в котором реализуются условия максимальной сегрегации атомов азота из подвергшегося имплантации объема SiO2 на границу раздела Si/SiO2, обычно составляет 1000-1200°С (W.J.M.J.Josquin, «The application of nitrogen ion implantation in silicon technology", Nucl. Instrum. Meth., 209/210, (2003), p.p.581-587; E.Zhang, W.Yi, J.Chen, Z.Zhang, X.Wang, «Research on the effect of nitrogen implantation dose on the structure of separation by implantation of oxygen and nitrogen». Smart. Mater. Struct., V.14, (2005), p.p.N42-N45) и определяется, как расстоянием от максимума распределения имплантированных атомов до границы Si/SiO2, так и концентрацией эффективных стоков для атомов азота в подвергшемся имплантации объеме. Наличие второй монокристаллической среды (в данном случае отсеченного поверхностного слоя (6) кремния) с низким коэффициентом растворимости внедренных атомов, граничащей с аморфным изолирующим слоем (4), обеспечивает накопление примеси на границе раздела с аморфным изолирующим слоем (4), а также и эпитаксиальную кристаллизацию с образованием промежуточного изолирующего слоя (7) на указанной границе раздела при высокотемпературном отжиге. Поэтому при формировании КНИ-структур с промежуточным изолирующим слоем (7) нитрида кремния необходимо учитывать способность нитрида кремния кристаллизоваться при высокотемпературных отжигах (Г.А.Качурин, И.E.Тысченко. «Ионный синтез захороненных диэлектрических слоев для структур кремний-на-изоляторе», Микроэлектроника, т.23, в.6, (1994), с.с.3-12) при конкретных температурах. Последующая высокотемпературная обработка при температурах 1000÷1200°С позволяет осуществить как сегрегацию внедренной примеси азота на границе раздела, так и формирование новой кристаллической фазы.The determining parameters when creating an intermediate insulating layer (7) (see Figure 1, stage d)) are the concentration of the embedded impurity and the temperature of the high-temperature treatment. The concentration of nitrogen atoms in SiO 2 should ensure the formation of a silicon nitride or oxynitride layer (7) of a silicon nitride or oxynitride layer at least one monolayer at the interface between the SOI structure and subsequent to implantation annealing (high-temperature treatment), but not sufficient for ion synthesis of precipitates at a depth of (5) corresponding to the maximum distribution of embedded nitrogen ions. This condition is satisfied when using energy from 30 to 80 keV and a dose of nitrogen ions of 1 × 10 15 ÷ 1 × 10 16 cm -2 . The temperature range in which the conditions for maximum segregation of nitrogen atoms from the implanted volume of SiO 2 to the Si / SiO 2 interface are realized is usually 1000-1200 ° C (WJMJ Josquin, “The application of nitrogen ion implantation in silicon technology", Nucl. Instrum . Meth., 209/210, (2003), pp581-587; E.Zhang, W.Yi, J. Chen, Z. Zhang, X. Wang, "Research on the effect of nitrogen implantation dose on the structure of separation by implantation of oxygen and nitrogen ”. Smart. Mater. Struct., V.14, (2005), ppN42-N45) and is determined both by the distance from the maximum distribution of the implanted atoms to the Si / SiO 2 boundary and the concentration of effective sinks for nitrogen atoms in the exposed The presence of a second single-crystal medium (in this case, a cut off surface layer (6) of silicon) with a low solubility coefficient of interstitial atoms adjacent to the amorphous insulating layer (4) ensures the accumulation of impurities at the interface with the amorphous insulating layer (4), as well as epitaxial crystallization with the formation of an intermediate insulating layer (7) at the indicated interface during high-temperature annealing. Therefore, when forming SOI structures with an intermediate insulating layer (7) of silicon nitride, it is necessary to take into account the ability of silicon nitride to crystallize during high-temperature annealing (G. Kachurin, I. E. Tyschenko. “Ion synthesis of buried dielectric layers for silicon-on-insulator structures ", Microelectronics, t.23, v.6, (1994), pp. 3-12) at specific temperatures. Subsequent high-temperature treatment at temperatures of 1000 ÷ 1200 ° C allows both segregation of the embedded nitrogen impurity at the interface and the formation of a new crystalline phase.
Фотографии, представленные на Фиг.2, показывают образование новой фазы, такой как нитрид или оксинитрид кремния, на границе раздела отсеченного поверхностного слоя кремния и аморфного изолирующего слоя (SiO2). В зависимости от внедренной дозы ионов при фиксированных температуре и времени отжига соответственно 1100°С и 30 минут толщина промежуточного изолирующего слоя для разных доз внедренной примеси различна. В случае Фиг.2а) при дозе ионов N+ с энергией 30 кэВ, равной 1×1015 см-2, толщина слоя незначительна (см. средняя часть фотографии). При шестикратном увеличении дозы ионов (см. Фиг.2б) на фотографии отчетливо виден промежуточный слой (наиболее яркая средняя часть светлого участка), являющийся сплошным и кристаллически однородным.The photographs shown in FIG. 2 show the formation of a new phase, such as silicon nitride or oxynitride, at the interface of the cut off silicon surface layer and the amorphous insulating layer (SiO 2 ). Depending on the introduced dose of ions at a fixed temperature and annealing time, respectively, 1100 ° С and 30 minutes, the thickness of the intermediate insulating layer for different doses of the introduced impurity is different. In the case of Fig. 2a), at a dose of N + ions with an energy of 30 keV equal to 1 × 10 15 cm -2 , the layer thickness is insignificant (see the middle part of the photograph). With a six-fold increase in the dose of ions (see Fig. 2b), the intermediate layer (the brightest middle part of the light section), which is continuous and crystalline, is clearly visible in the photograph.
Фиг.3 и Фиг.4 демонстрируют качество изготавливаемых предлагаемым способом структур в отношении их электрофизических свойств.Figure 3 and Figure 4 demonstrate the quality of manufactured by the proposed method structures in relation to their electrophysical properties.
На Фиг.3 представлены вольт-фарадные характеристики, которые позволяют судить об электрофизических свойствах внутренних границ раздела КНИ-структуры и структуры в целом: расположенные в правых частях а), б) и в) Фиг.3 кривые относятся к границам раздела части структуры, состоящей из изолирующего слоя SiO2, промежуточного изолирующего слоя Si3N4 и монокристаллического отсеченного поверхностного слоя Si; расположенные в левых частях а), б) и в) Фиг.3 кривые имеют отношение к границе раздела между изолирующим слоем SiO2 и подложкой Si. Кривые (8) измерены до облучения γ-квантами, кривые (9) - после облучения γ-квантами. Незначительные смещения напряжения плоских зон вольт-фарадных характеристик (8) и (9) в области положительных напряжений при увеличении дозы облучения γ-квантами говорят о высокой стабильности состояний границ раздела и, следовательно, высоком их качестве (низкой плотности зарядов). Достижение высокого качества границ раздела именно в этой части КНИ-структуры, то есть со стороны отсеченного поверхностного слоя Si, имеет первостепенное значение, поскольку эта часть структуры предназначена для изготовления приборов.Figure 3 presents the capacitance-voltage characteristics, which make it possible to judge the electrophysical properties of the internal interfaces of the SOI structure and the structure as a whole: the curves located on the right-hand sides a), b) and c) of Figure 3 relate to the interfaces of the structure part, consisting of an insulating layer of SiO 2 , an intermediate insulating layer of Si 3 N 4 and a single-crystal cut-off surface layer of Si; the curves located in the left-hand sides of a), b) and c) of FIG. 3 are related to the interface between the SiO 2 insulating layer and the Si substrate. Curves (8) were measured before irradiation with γ-quanta, curves (9) - after irradiation with γ-quanta. Insignificant voltage shifts of the flat zones of the capacitance-voltage characteristics (8) and (9) in the region of positive voltages with increasing radiation dose by γ-quanta indicate a high stability of the state of the interface and, therefore, their high quality (low charge density). Achieving a high quality of interface in this part of the SOI structure, that is, from the side of the cut off surface layer of Si, is of paramount importance, since this part of the structure is intended for the manufacture of devices.
На Фиг.4 показано накопление заряда, соответствующего эффективному заряду в объеме диэлектрика и поверхностному заряду на границе сращивания у сформированных КНИ-структур, в зависимости от дозы облучения γ-квантами, при различных дозах ионов азота, имплантированных в аморфный изолирующий слой, использованных при изготовлении КНИ-структур: кривая (10) в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов азота дозой 1×1015 см-2; кривая (11) в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов азота дозой 3×1015 см-2; кривая (12) в случае имплантации в аморфный изолирующий слой ионов азота дозой 6×1015 см-7. Видно, что плотность заряда не превышает величины 1011 см-2, что свидетельствует о высоком качестве изготавливаемых структур.Figure 4 shows the accumulation of a charge corresponding to the effective charge in the volume of the dielectric and the surface charge at the splicing boundary of the generated SOI structures, depending on the dose of γ-rays, at various doses of nitrogen ions implanted into the amorphous insulating layer used in the manufacture SOI structures: curve (10) in the case of implantation of nitrogen ions in a amorphous insulating layer with a dose of 1 × 10 15 cm -2 ; curve (11) in the case of implantation into the amorphous insulating layer of nitrogen ions with a dose of 3 × 10 15 cm -2 ; curve (12) in the case of implantation of nitrogen ions into a amorphous insulating layer with a dose of 6 × 10 15 cm -7 . It can be seen that the charge density does not exceed 10 11 cm -2 , which indicates the high quality of the manufactured structures.
Таким образом, в предлагаемом способе используют комбинации различных сред, граничащих между собой, в которых внедряемая среда, в качестве которой выступают имплантированные ионы реактивных газов, обладает низкой растворимостью. Это обстоятельство обеспечивает накопление имплантированной реактивной примеси на дефектах внутри среды, подвергшейся имплантации, или на границе раздела двух сред, в одну из которых осуществлялось внедрение среды с низкой растворимостью. Наличие сред, соответствующих низкому коэффициенту растворимости внедренной примеси, обеспечивает накопление ее на границе раздела, а также и образование новой фазы при высокотемпературных воздействиях.Thus, in the proposed method, combinations of different media are used that are adjacent to each other, in which the introduced medium, which are implanted ions of reactive gases, has low solubility. This circumstance ensures the accumulation of the implanted reactive impurity on defects inside the implanted medium or at the interface between two media, into one of which the medium with low solubility was introduced. The presence of media corresponding to the low solubility coefficient of the introduced impurity ensures its accumulation at the interface, as well as the formation of a new phase under high temperature influences.
На основе изложенных физических представлений изготовление структуры КНИ с достижением технического результата обеспечивается реализацией следующих стадий (см. Фиг.1).Based on the stated physical concepts, the manufacture of the SOI structure with the achievement of a technical result is ensured by the implementation of the following stages (see Figure 1).
1. Формирование на подложке-доноре слоя полупроводникового материала, переносимого на подложку. В полупроводниковую подложку-донор (1) осуществляют имплантацию водорода. Этим создают в подложке-доноре ослабленную зону, выделяющую слой полупроводникового материала, переносимый на подложку (2). При этом в качестве подложки-донора (1) используют пластину кремния. Перед проведением имплантации на ней может быть выращен защитный слой окисла кремния, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода со значением энергии 20÷200 кэВ и дозы 2×1016÷1×1017 см-2 (стадия а) Фиг.1.1. The formation on the donor substrate of a layer of semiconductor material transferred to the substrate. Hydrogen implantation is carried out in a donor semiconductor substrate (1). This creates a weakened zone in the donor substrate, releasing a layer of semiconductor material transferred to the substrate (2). In this case, a silicon wafer is used as a donor substrate (1). Before implantation, a protective layer of silicon oxide can be grown on it, through which implantation is carried out and which is removed after implantation. For implantation using hydrogen ions with an energy value of 20 ÷ 200 keV and doses of 2 × 10 16 ÷ 1 × 10 17 cm -2 (stage a) Figure 1.
2. Имплантация в аморфный изолирующий слой подложки ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов. На поверхности подложки (3) формируют аморфный изолирующий слой (4). После формирования аморфного изолирующего слоя (4) в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации (стадия б) Фиг.1). Имплантацию ионов осуществляют на глубину (5) (глубина залегания имплантированных ионов реактивных газов). При этом в качестве подложки (3) используют пластину кремния в качестве аморфного изолирующего слоя (4) - слой SiO2. Условия имплантации: значение дозы ионов 1×1015÷1×1016 см-2; энергии 20÷80 кэВ; внедряемая примесь - азот.2. Implantation into the amorphous insulating layer of the substrate of ions of poorly soluble and easily segregating impurities of reactive gases. An amorphous insulating layer (4) is formed on the surface of the substrate (3). After the formation of an amorphous insulating layer (4), ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases are implanted under it under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region (stage b) of Figure 1). The implantation of ions is carried out to a depth of (5) (the depth of the implanted ions of reactive gases). At the same time, a silicon wafer is used as a substrate (3), and an SiO 2 layer is used as an amorphous insulating layer (4). Implantation conditions: ion dose value 1 × 10 15 ÷ 1 × 10 16 cm -2 ;
3. Формирование отсеченного поверхностного слоя полупроводника на поверхности аморфного изолирующего слоя подложки. Подложку (3) и подложку-донор (1) соединяют аморфным изолирующим слоем (4) и выделенным ослабленной зоной слоем (2) полупроводникового материала, переносимым на подложку, сращивают и осуществляют перенос слоя (2) полупроводникового материала с подложки-донора (1) на подложку (3) с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника (6) на подложке (3). Перед соединением подложки (3) и подложки-донора (1) соответственно аморфным изолирующим слоем (4) и выделенным ослабленной зоной слоем (2) полупроводникового материала, переносимым на подложку (3), их соединяемые поверхности подвергают обработке. Обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки (3) и подложки-донора (1) указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора (1) с переносом слоя (2) полупроводникового материала на подложку (3) (стадия в) Фиг.1). Причем сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, соединение подложки (3) и подложки-донора (1), сращивание и расслаивание с переносом проводят при варьировании температуры от 80 до 450°С, при длительности процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 101÷103 Па или в сочетании с использованием сухой атмосферы.3. The formation of the cut-off surface layer of the semiconductor on the surface of the amorphous insulating layer of the substrate. The substrate (3) and the donor substrate (1) are connected by an amorphous insulating layer (4) and a semiconductor material layer (2) allocated to the weakened zone transferred onto the substrate, spliced and the layer (2) of the semiconductor material is transferred from the donor substrate (1) on the substrate (3) with the formation of the cut-off surface layer of the semiconductor (6) on the substrate (3). Before connecting the substrate (3) and the donor substrate (1), respectively, with an amorphous insulating layer (4) and a semiconductor material layer (2) highlighted by the weakened zone transferred onto the substrate (3), their joined surfaces are processed. The treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces, subsequent washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces. After connecting the substrate (3) and the donor substrate (1) with the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened zone of the donor substrate (1) with the transfer of the semiconductor material layer (2) onto the substrate (3) (step c) Figure 1) . Moreover, the drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces, the connection of the substrate (3) and the donor substrate (1), splicing and delamination with transfer is carried out with temperature varying from 80 to 450 ° C, with a duration of procedures from 0.1 to 100 hours , in a chamber with a vacuum of 10 1 ÷ 10 3 Pa or in combination with the use of a dry atmosphere.
4. Формирование промежуточного изолирующего слоя. Проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой (4) примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем (6) полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя (7) с образованием соединений имплантированной примеси и атомов исходной матрицы, а именно нитрида или оксинитрида кремния (стадия д) Фиг.1). Условия обработки: температура 1000÷1200°С; длительность 0,1÷1 час.4. The formation of an intermediate insulating layer. High-temperature treatment is carried out under conditions ensuring segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer (4) to its interface with the semiconductor surface layer cut off (6) and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer (7) with the formation of implanted impurity compounds and atoms of the initial matrix , namely silicon nitride or oxynitride (step d) of FIG. 1). Processing conditions: temperature 1000 ÷ 1200 ° C; Duration 0.1 ÷ 1 hour.
Основные отличия в предлагаемом способе от ближайшего технического решения заключаются в осуществлении перед переносом слоя монокристаллического полупроводникового материала с подложки-донора на подложку имплантации в аморфный изолирующий слой, размещенный на подложке и выполняющий роль аморфной матрицы, ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов, а также в том, что граница раздела между слоями после осуществления переноса является местом накопления имплантированной примеси реактивных газов и эндотаксиального роста промежуточного изолирующего слоя. Достижение технического результата обеспечивается тем, что благодаря имплантации участвующих в формировании промежуточного изолирующего слоя ионов примеси именно в аморфный изолирующий слой и дальнейшей сегрегации примеси к границе раздела монокристаллического отсеченного поверхностного слоя полупроводника и аморфного изолирующего слоя обеспечивается устранение необходимости создания нарушенного слоя между промежуточным изолирующим и аморфным изолирующим слоями. В результате достигается отсутствие микропустот и высокое совершенство границы раздела между изолирующими слоями, а также сохраняется атомарно гладкая граница раздела между монокристаллическим отсеченным поверхностным слоем полупроводника и промежуточным изолирующим слоем, обеспечивая снижение плотности встроенных зарядов на указанной границе и скорости накопления зарядов в структуре КНИ при последующих ионизирующих воздействиях.The main differences in the proposed method from the closest technical solution are the implementation before implanting a layer of a single-crystal semiconductor material from a donor substrate to an implantation substrate in an amorphous insulating layer placed on the substrate and acting as an amorphous matrix, ions of poorly soluble and easily segregating impurities of reactive gases, and also in that the interface between the layers after the transfer is the place of accumulation of the implanted impurity of reactive gases and endotax cial growth intermediate insulating layer. The achievement of the technical result is ensured by the fact that through the implantation of impurity ions involved in the formation of the intermediate insulating layer into the amorphous insulating layer and further segregation of the impurity to the interface of the single crystal severed surface layer of the semiconductor and the amorphous insulating layer, the need to create a disturbed layer between the intermediate insulating and amorphous insulating is eliminated in layers. As a result, the absence of microvoids and high perfection of the interface between the insulating layers is achieved, and the atomically smooth interface between the single-crystal cut-off surface layer of the semiconductor and the intermediate insulating layer is preserved, providing a decrease in the density of built-in charges at this interface and the rate of charge accumulation in the SOI structure during subsequent ionizing impacts.
В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации заявляемого способа с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.As information confirming the possibility of implementing the proposed method with the achievement of the specified technical result, we give the following implementation examples.
Пример 1.Example 1
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; carry out high-temperature processing under conditions that ensure segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, while before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide of 50 nm is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using hydrogen ion energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют дозу ионов 1×1015 см-2 и энергию 20 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement implantation conditions that ensure the concentration of the introduced impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, using a dose of ions of 1 × 10 15 cm -2 and an energy of 20 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 450°С в течение 0,5 часа в камере с вакуумом 103 Па.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to a process that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized water jet, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After the substrate and the donor substrate are joined by the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened area of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hour, the subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 450 ° C for 0.5 hours in a
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, проводят при 1100°С, длительностью 0,3 часа в атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка в один монослой.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the severed surface layer of the semiconductor material and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1100 ° C for a duration of 0.3 hours in an atmosphere of nitrogen. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of one monolayer.
В конечном результате изготавливают КНИ-структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 1 монослой Si3N4, 0,30 мкм SiO2 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free from dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 1 monolayer Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 on the Si substrate.
Пример 2.Example 2
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; carry out high-temperature processing under conditions that ensure segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, while before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide of 50 nm is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using hydrogen ion energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют дозу ионов 3×1015 см-2 и энергию 30 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement implantation conditions that ensure an implant concentration that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, using a dose of 3 × 10 15 cm -2 and an energy of 30 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 350°С в течение 1 часа в камере с вакуумом 102 Па.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to a process that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized water jet, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After the substrate and the donor substrate are joined by the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened area of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hour, subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 350 ° C for 1 hour in a chamber with a vacuum of 10 2 Pa .
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, проводят при 1100°С, длительностью 0,4 часа в инертной атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка 2 монослоя.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the severed surface layer of the semiconductor material and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1100 ° C for a duration of 0.4 hours in an inert atmosphere of nitrogen. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of 2 monolayers.
В конечном результате изготавливают КНИ-структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 2 монослоя Si3N4, 0,30 мкм SiO2 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free from dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 2 monolayers Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 on the Si substrate.
Пример 3.Example 3
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят последующую высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; subsequent high-temperature treatment is carried out under conditions ensuring segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 5 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 20 кэВ и дозы 4×1016 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which emits a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, and before the implantation of hydrogen, a protective layer of 5 nm silicon oxide is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using the energy of hydrogen ions of 20 keV and a dose of 4 × 10 16 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют сначала дозу ионов 5×1015 см-2 и энергию 30 кэВ, затем дозу ионов 5×1015 см-2 и энергию 80 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement the implantation conditions that ensure the concentration of the introduced impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, first use a dose of 5 × 10 ions 15 cm -2 and an energy of 30 keV, then a dose of ions of 5 × 10 15 cm -2 and an energy of 80 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа при вакууме 101 Па, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 200°С в течение 0,15 часа в камере с сухой инертной атмосферой.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to a process that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized water jet, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After the substrate and the donor substrate are joined by the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened area of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hours under a vacuum of 10 1 Pa, subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 200 ° C for 0.15 hours in a chamber with a dry inert atmosphere.
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, проводят при 1200°С, длительностью 0,1 часа в инертной атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка 2 монослоя.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of an impurity implanted in an amorphous insulating layer to its interface with a cut off surface layer of a semiconductor material and endotaxial growth at the indicated interface of an intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1200 ° C for 0.1 hours in an inert atmosphere of nitrogen. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of 2 monolayers.
В конечном результате изготавливают КНИ-структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 2 монослоя Si3N4, 0,30 мкм SiO2, 2 монослоя Si3N4 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free from dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 2 monolayer Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 , 2 monolayer Si 3 N 4 per Si substrate.
Пример 4.Example 4
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; carry out high-temperature processing under conditions that ensure segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 200 кэВ и дозы 1×1017 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, while before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide of 50 nm is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using 200 keV hydrogen ion energy and a dose of 1 × 10 17 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют дозу ионов 1×1016 см-2 и энергию 60 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, using a dose of 1 × 10 16 cm -2 and energy 60 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 350°С в течение 1 часа в камере с вакуумом 10 Па.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to processing that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized water jet, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After connecting the substrate and the donor substrate with the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened zone of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hour, the subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 350 ° C for 1 hour in a chamber with 10 Pa vacuum.
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, проводят при 1200°С, длительностью 0,1 часа в инертной атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка 2 монослоя.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of an impurity implanted in an amorphous insulating layer to its interface with a cut off surface layer of a semiconductor material and endotaxial growth at the indicated interface of an intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1200 ° C for 0.1 hours in an inert atmosphere of nitrogen. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of 2 monolayers.
В конечном результате изготавливают КНИ-структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 2 монослоя Si3N4, 0,30 мкм SiO2, 2 монослоя Si3N4 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free from dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 2 monolayer Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 , 2 monolayer Si 3 N 4 per Si substrate.
Пример 5.Example 5
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; carry out high-temperature processing under conditions that ensure segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 120 кэВ и дозы 2×1016 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, while before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide of 50 nm is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using the energy of hydrogen ions of 120 keV and a dose of 2 × 10 16 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют дозу ионов 4×1015 см-2 и энергию 40 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement implantation conditions that ensure the concentration of the introduced impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, using a dose of 4 × 10 15 cm -2 and an energy of 40 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 80°С в течение 100 часа в камере с вакуумом 101 Па.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to a process that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized water jet, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After the substrate and the donor substrate are joined by the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened area of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hour, the subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 80 ° C for 100 hours in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa .
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, проводят при 1000°С, длительностью 1 час в инертной атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка 1 монослоя.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of an impurity implanted in an amorphous insulating layer to its interface with a severed surface layer of semiconductor material and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1000 ° C for 1 hour in an inert nitrogen atmosphere. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of 1 monolayer.
В конечном результате изготавливают КНИ-структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 1 монослой Si3N4, 0,30 мкм SiO2 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free from dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 1 monolayer Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 on the Si substrate.
Пример 6.Example 6
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; carry out high-temperature processing under conditions that ensure segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, while before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide of 50 nm is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using hydrogen ion energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют дозу ионов 4×1015 см-2 и энергию 40 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement implantation conditions that ensure the concentration of the introduced impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, using a dose of 4 × 10 15 cm -2 and an energy of 40 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 350°С в течение 1 часа в камере с вакуумом 101 Па.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to a process that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized water jet, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After connecting the substrate and the donor substrate with the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened zone of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hour, subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 350 ° C for 1 hour in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa .
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, проводят при 1000°С, длительностью 1 час в атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка в один монослой.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of an impurity implanted in an amorphous insulating layer to its interface with a severed surface layer of a semiconductor material and endotaxial growth at the indicated boundary of an intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1000 ° C for 1 hour in the atmosphere nitrogen. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of one monolayer.
В конечном результате изготавливают КНИ-структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 1 монослой Si3N4, 0,30 мкм SiO2 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free from dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 1 monolayer Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 on the Si substrate.
Пример 7.Example 7
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; carry out high-temperature processing under conditions that ensure segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, while before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide of 50 nm is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using hydrogen ion energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют дозу ионов 4×1015 см-2 и энергию 40 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement implantation conditions that ensure the concentration of the introduced impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, using a dose of 4 × 10 15 cm -2 and an energy of 40 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора, соответственно, аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 350°С в течение 1 часа в камере с вакуумом 103 Па.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to a process that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultra-pure deionized jet water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After connecting the substrate and the donor substrate with the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened zone of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hour, the subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 350 ° C for 1 hour in a chamber with a vacuum of 10 3 Pa .
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью проводят при 1100°С, длительностью 0,5 часа в атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка в один монослой.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the cut off surface layer of the semiconductor material and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1100 ° C for a duration of 0.5 hours nitrogen atmosphere. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of one monolayer.
В конечном результате изготавливают КНИ структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 1 монослой Si3N4, 0,30 мкм SiO2 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free of dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 1 monolayer Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 on the Si substrate.
Пример 8.Example 8
Для изготовления структуры КНИ осуществляют последовательность этапов: на поверхности подложки формируют аморфный изолирующий слой, после формирования в него осуществляют имплантацию ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации; для переноса слоя полупроводникового материала осуществляют создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку; подложку и полупроводниковую подложку-донор сращивают и осуществляют перенос слоя полупроводникового материала с подложки-донора на подложку с формированием отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке; проводят высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводника и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений имплантированной примеси.To fabricate the SOI structure, a sequence of steps is carried out: an amorphous insulating layer is formed on the surface of the substrate, after the formation of ions of a poorly soluble and easily segregating impurity of reactive gases, implantation is carried out under implantation conditions that ensure the concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and results in the subsequent high-temperature processing to form an endotaxial dielectric layer at least one monolayer thick, but not residual for ionic synthesis of precipitates within the implantation region; to transfer a layer of semiconductor material, a weakened zone is formed in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate; the substrate and the donor semiconductor substrate are spliced and the layer of the semiconductor material is transferred from the donor substrate to the substrate to form a clipped semiconductor surface layer on the substrate; carry out high-temperature processing under conditions that ensure segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the semiconductor surface layer cut off and endotaxial growth at the specified boundary of the intermediate insulating layer with the formation of implanted impurity compounds.
В качестве подложки и подложки-донора используют пластины кремния.Silicon wafers are used as the substrate and the donor substrate.
Создание в подложке-доноре ослабленной зоны, выделяющей слой полупроводникового материала, переносимый на подложку, осуществляют посредством имплантации в подложку-донор водорода, при этом перед имплантацией водорода на подложке-доноре выращивают защитный слой окисла кремния 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Имплантацию осуществляют с использованием энергии ионов водорода 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2.The creation of a weakened zone in the donor substrate, which releases a layer of semiconductor material transferred to the substrate, is carried out by implantation of hydrogen into the donor substrate, while before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide of 50 nm is grown through which the implantation is carried out and which after implantation is removed. Implantation is carried out using hydrogen ion energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 .
При проведении имплантации в аморфный изолирующий слой ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси реактивных газов в качестве внедряемой примеси используют азот, N+. Для реализации условий имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую при последующей высокотемпературной обработке к формированию эндотаксиального слоя диэлектрика толщиной хотя бы в один монослой, но недостаточную для ионного синтеза преципитатов внутри области имплантации, используют дозу ионов 4×1015 см-2 и энергию 40 кэВ. Примесь внедряют в аморфный изолирующий слой - термически выращенный слой SiO2 толщиной 300 нм.When implanting ions of a slightly soluble and easily segregating impurity of reactive gases into an amorphous insulating layer of ions, nitrogen, N + , is used as an impurity. To implement implantation conditions that ensure the concentration of the introduced impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an endotaxial dielectric layer with a thickness of at least one monolayer, but insufficient for ionic synthesis of precipitates within the implantation region, using a dose of 4 × 10 15 cm -2 and an energy of 40 keV. The impurity is introduced into an amorphous insulating layer — a thermally grown SiO 2 layer 300 nm thick.
Перед соединением подложки и подложки-донора соответственно аморфным изолирующим слоем и выделенным ослабленной зоной слоем полупроводникового материала, переносимым на подложку, их соединяемые поверхности подвергают обработке, обеспечивающей сращивание подложки и подложки-донора, включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, последующие отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей. После соединения подложки и подложки-донора указанными поверхностями их одновременно сращивают и расслаивают по ослабленной зоне подложки-донора с переносом слоя полупроводникового материала на подложку. Сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°С в течение 0,1 часа, последующие соединение подложки и подложки-донора, сращивание и расслаивание с переносом проводят при 450°С в течение 1 часа в камере с вакуумом 101 Па.Before connecting the substrate and the donor substrate, respectively, with an amorphous insulating layer and a semiconductor material layer transferred to the substrate, the weakened zone is transferred to the substrate, the surfaces to be joined are subjected to a process that fuses the substrate and the donor substrate, including cleaning and hydrophilization of the surfaces, followed by washing with an ultrapure deionized water jet, drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces. After the substrate and the donor substrate are joined by the indicated surfaces, they are simultaneously spliced and layered along the weakened area of the donor substrate with the transfer of a layer of semiconductor material onto the substrate. Drying and removal of excess physically adsorbed substances from surfaces is carried out at 200 ° C for 0.1 hour, subsequent connection of the substrate and the donor substrate, splicing and delamination with transfer is carried out at 450 ° C for 1 hour in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa .
Высокотемпературную обработку при условиях, обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к его границе раздела с отсеченным поверхностным слоем полупроводникового материала и эндотаксиальный рост на указанной границе промежуточного изолирующего слоя с образованием соединений с имплантированной примесью, проводят при 1150°С, длительностью 0,2 часа в атмосфере азота. При этом образуют нитрид кремния толщиной порядка в один монослой.High-temperature treatment under conditions ensuring segregation of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to its interface with the cut off surface layer of the semiconductor material and endotaxial growth at the indicated boundary of the intermediate insulating layer with the formation of compounds with an implanted impurity is carried out at 1150 ° C for a duration of 0.2 hours in an atmosphere of nitrogen. In this case, silicon nitride is formed with a thickness of the order of one monolayer.
В конечном результате изготавливают КНИ-структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую последовательно в направлении к подложке слои: 0,6 мкм Si, 1 монослой Si3N4, 0,30 мкм SiO2 на подложке Si.As a result, a SOI structure is produced that is free from dislocation and mismatch defects, containing successively in the direction of the substrate layers: 0.6 μm Si, 1 monolayer Si 3 N 4 , 0.30 μm SiO 2 on the Si substrate.
Таким образом, положительным эффектом предлагаемого способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе является:Thus, the positive effect of the proposed method of manufacturing a silicon-on-insulator structure is:
1. Устранение необходимости создания нарушенного слоя между аморфным промежуточным изолирующим слоем и аморфным изолирующим слоем на подложке и отсутствие микропустот и несовершенств на границе раздела между изолирующими слоями в результате формирования промежуточного изолирующего слоя за счет имплантации ионов примесей в аморфную среду изолирующего слоя и последующей их сегрегации к границе раздела между монокристаллическим отсеченным поверхностным слоем полупроводника и аморфным изолирующим слоем и эндотаксиальным ростом на ней промежуточного изолирующего слоя.1. Elimination of the need to create a broken layer between the amorphous intermediate insulating layer and the amorphous insulating layer on the substrate and the absence of microvoids and imperfections at the interface between the insulating layers as a result of the formation of an intermediate insulating layer due to implantation of impurity ions into the amorphous medium of the insulating layer and their subsequent segregation to the interface between the single-crystal cut-off surface layer of the semiconductor and the amorphous insulating layer and endotaxial growth by second intermediate insulating layer.
2. Сохранение атомарно гладкой границы раздела между монокристаллическим отсеченным поверхностным слоем полупроводника и аморфным изолирующим слоем за счет использования в качестве эндотаксиальной затравки высокосовершенного слоя кремния, перенесенного с другой пластины.2. Preservation of the atomically smooth interface between the single-crystal cut-off surface layer of the semiconductor and the amorphous insulating layer due to the use of a highly perfect silicon layer transferred from another wafer as an endotaxial seed.
3. Снижение плотности встроенных зарядов на границе раздела между монокристаллическим отсеченным поверхностным слоем полупроводника и изолирующим аморфным слоем за счет совершенства границы раздела и замыкания оборванных связей в процессе сегрегации атомов азота с последующим эндотаксиальным ростом пленки нитрида или оксинитрида кремния в результате высокотемпературных воздействий.3. A decrease in the density of the built-in charges at the interface between the single-crystal severed surface layer of the semiconductor and the insulating amorphous layer due to the perfection of the interface and the closure of dangling bonds in the process of segregation of nitrogen atoms with subsequent endotaxial growth of the film of silicon nitride or oxynitride as a result of high-temperature effects.
4. Снижение скорости накопления зарядов в формируемой структуре кремний-на-изоляторе при последующих ионизирующих воздействиях за счет компенсации ловушек положительных зарядов, генерируемых в слое диоксида кремния, ловушками отрицательных зарядов, генерируемых в нитриде кремния.4. Decrease in the rate of charge accumulation in the formed silicon-on-insulator structure during subsequent ionizing effects due to compensation of traps of positive charges generated in the silicon dioxide layer by traps of negative charges generated in silicon nitride.
Данные преимущества являются следствием формирования атомарно гладких границ раздела между монокристаллическим отсеченным поверхностным слоем полупроводника и формирующимся промежуточным изолирующим слоем, а также между изолирующими слоями за счет имплантации ионов примеси в аморфный изолирующий слой с последующей ее сегрегацией и эндотаксиальным ростом на границе сращивания в результате высокотемпературного воздействия, а не за счет формирования нарушенного или пористого слоя, как в известных технических решениях.These advantages are the result of the formation of atomically smooth interfaces between the single-crystal severed surface layer of the semiconductor and the forming intermediate insulating layer, as well as between the insulating layers due to implantation of impurity ions into the amorphous insulating layer with its subsequent segregation and endotaxial growth at the splicing boundary as a result of high-temperature exposure, and not due to the formation of a broken or porous layer, as in the well-known technical solutions.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008118927/28A RU2368034C1 (en) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008118927/28A RU2368034C1 (en) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2368034C1 true RU2368034C1 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008118927/28A RU2368034C1 (en) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2368034C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497231C1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Method for making silicon-on-insulator structure |
RU2498450C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Method for making silicon-on-insulator structure |
RU2538352C1 (en) * | 2013-06-11 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Method of manufacturing silicon-on-sapphire structure |
RU2639612C1 (en) * | 2014-01-22 | 2017-12-21 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Method of producing "silicon on insulator" substrate and "silicon on insulator" substrate |
-
2008
- 2008-05-13 RU RU2008118927/28A patent/RU2368034C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497231C1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Method for making silicon-on-insulator structure |
RU2498450C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Method for making silicon-on-insulator structure |
RU2538352C1 (en) * | 2013-06-11 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Method of manufacturing silicon-on-sapphire structure |
RU2639612C1 (en) * | 2014-01-22 | 2017-12-21 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Method of producing "silicon on insulator" substrate and "silicon on insulator" substrate |
US10804137B2 (en) | 2014-01-22 | 2020-10-13 | Huawei Technologies Co., Ltd. | SOI substrate manufacturing method and SOI substrate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10381261B2 (en) | Method of manufacturing high resistivity semiconductor-on-insulator wafers with charge trapping layers | |
US10672645B2 (en) | Method of manufacturing high resistivity SOI wafers with charge trapping layers based on terminated Si deposition | |
JP4331593B2 (en) | Film or layer comprising semiconductor material and method for producing film or layer | |
JP3048201B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor material thin film | |
US6251754B1 (en) | Semiconductor substrate manufacturing method | |
KR100467755B1 (en) | A method of obtaining a thin film of semiconductor material, including electronic components | |
US9881832B2 (en) | Handle substrate for use in manufacture of semiconductor-on-insulator structure and method of manufacturing thereof | |
US7638410B2 (en) | Method of transferring strained semiconductor structure | |
TW201707051A (en) | Method for depositing charge trapping polycrystalline germanium film on germanium substrate by controlling film stress | |
US6995075B1 (en) | Process for forming a fragile layer inside of a single crystalline substrate | |
TW201705382A (en) | Thermally stable charge trapping layer for the fabrication of semiconductor-on-insulator structures | |
TWI344667B (en) | ||
US7910455B2 (en) | Method for producing SOI wafer | |
WO2001082346A1 (en) | Method for fabricating silicon-on-insulator | |
RU2368034C1 (en) | Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure | |
RU2301476C1 (en) | Method for heterostructure manufacture | |
US7799651B2 (en) | Method of treating interface defects in a substrate | |
RU2498450C1 (en) | Method for making silicon-on-insulator structure | |
RU2382437C1 (en) | Method of making silicon-on-insulator structures | |
US7084459B2 (en) | SOI substrate | |
RU2497231C1 (en) | Method for making silicon-on-insulator structure | |
US10170356B2 (en) | SOI substrate and manufacturing method thereof | |
US11456204B1 (en) | Silicon-on-insulator wafer and low temperature method to make thereof | |
WO2008079134A1 (en) | Method of transferring a thin crystalline semiconductor layer | |
RU2244984C1 (en) | Heterostructure manufacturing process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190514 |