RU2581443C1 - Semiconductor-on-insulator structure and method of making same - Google Patents
Semiconductor-on-insulator structure and method of making same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2581443C1 RU2581443C1 RU2015111283/28A RU2015111283A RU2581443C1 RU 2581443 C1 RU2581443 C1 RU 2581443C1 RU 2015111283/28 A RU2015111283/28 A RU 2015111283/28A RU 2015111283 A RU2015111283 A RU 2015111283A RU 2581443 C1 RU2581443 C1 RU 2581443C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insulator
- semiconductor
- layer
- surface layer
- defective
- Prior art date
Links
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract 8
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims abstract 7
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims abstract 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims abstract 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 3
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 claims 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 2
- -1 helium ions Chemical class 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
Images
Landscapes
- Element Separation (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области полупроводниковой технологии, и, более точно, к области создания радиационно стойких структур полупроводник-на-изоляторе, которые могут быть использованы для получения полупроводниковых приборов при производстве интегральных схем.The invention relates to the field of semiconductor technology, and, more precisely, to the field of creating radiation-resistant semiconductor-on-insulator structures that can be used to produce semiconductor devices in the manufacture of integrated circuits.
Уровень техникиState of the art
В известных структурах полупроводник-на-изоляторе тонкий поверхностный слой полупроводника расположен на изоляторе, т.е. диэлектрике. Этот поверхностный слой иначе называют также активным, рабочим, приборным.In known semiconductor-on-insulator structures, a thin surface layer of the semiconductor is located on the insulator, i.e. dielectric. This surface layer is also called active, working, instrument.
Структуры полупроводник-на-изоляторе, например структуры кремний-на-сапфире, являются более радиационно стойкими по сравнению с объемным полупроводником. Однако для получения полупроводниковых приборов, гораздо более стойких к воздействию внешнего ионизирующего излучения, необходимо создание в изоляторе центров захвата/рекомбинации зарядов.Semiconductor-on-insulator structures, such as silicon-on-sapphire structures, are more radiation resistant than bulk semiconductors. However, to obtain semiconductor devices that are much more resistant to external ionizing radiation, it is necessary to create charge capture / recombination centers in the insulator.
Так, например, известны структура полупроводник-на-изоляторе и способ ее изготовления, в которых поверхностный слой полупроводника выполнен из кремния, в качестве изолятора использована двуокись кремния, а изолятор расположен на кремниевой подложке (см. патент США на изобретение US 5795813 от 1996 г., U.S. Class 438/423, "Radiation-hardening of SOI by ion implantation into the buried oxide layer", авторы Hughes и др, (USA), патентовладелец The United States of America as represented by the Secretary of the Navy). В способе по этому патенту проводят имплантацию в слой изолятора примесей акцепторного типа, таких как кремний, алюминий, мышьяк, германий, бор или азот для создания центров захвата/рекомбинации электронов, являющихся носителями заряда и возникающих при облучении внешним ионизирующим облучением, вблизи поверхностного слоя кремния. И затем проводят отжиг проимплантированной структуры в температурном диапазоне 800-1400°C.For example, a semiconductor-on-insulator structure and a method for its manufacture are known, in which the surface layer of the semiconductor is made of silicon, silicon dioxide is used as an insulator, and the insulator is located on a silicon substrate (see US patent for US patent 5795813 from 1996 g ., US Class 438/423, "Radiation-hardening of SOI by ion implantation into the buried oxide layer", authors Hughes et al., (USA), patent holder of The United States of America as represented by the Secretary of the Navy). In the method according to this patent, acceptor-type impurities, such as silicon, aluminum, arsenic, germanium, boron or nitrogen, are implanted into the insulator layer to create electron capture / recombination centers that are charge carriers and arise when irradiated with external ionizing radiation, near the surface layer of silicon . And then annealed the implanted structure in the temperature range of 800-1400 ° C.
Способ по патенту US 5795813 имеет следующие недостатки:The method according to patent US 5795813 has the following disadvantages:
- имплантация таких относительно тяжелых ионов, как кремний в слой изолятора через поверхностный слой кремния приводит к накоплению в этом поверхностном слое нежелательных радиационных дефектов;- the implantation of relatively heavy ions such as silicon into the insulator layer through the surface layer of silicon leads to the accumulation of unwanted radiation defects in this surface layer;
- хотя в способе предусмотрен высокотемпературный отжиг для улучшения качества поверхностного слоя кремния, все равно не обеспечивается достаточно высокое его качество из-за существующих ограничений по дозе имплантируемой примеси (так, для ионов кремния верхний дозовый предел составляет 5·1014 Si+/см2);- although the method provides for high-temperature annealing to improve the quality of the surface layer of silicon, its high quality is still not ensured due to existing limitations on the dose of implantable impurity (for example, for silicon ions the upper dose limit is 5 · 10 14 Si + / cm 2 );
- в-третьих, поскольку количество центров рекомбинации/захвата в двуокиси кремния напрямую зависит от имплантируемой дозы, то ограничения, налагаемые на дозу имплантации, уменьшают количество возможных центров захвата/рекомбинации;- thirdly, since the number of recombination / capture centers in silicon dioxide directly depends on the implanted dose, the restrictions imposed on the implantation dose reduce the number of possible capture / recombination centers;
- способ не предусматривает имплантацию примесей выше предела растворимости, сегрегацию и синтез преципитатов в двуокиси кремния, что также уменьшает эффективность рекомбинации зарядов;- the method does not include implantation of impurities above the solubility limit, segregation and synthesis of precipitates in silicon dioxide, which also reduces the efficiency of charge recombination;
- способ предназначен только для структуры, в которой в качестве изолятора используется двуокись кремния.- the method is intended only for a structure in which silicon dioxide is used as an insulator.
Вследствие указанных недостатков способа полученная структура полупроводник-на-изоляторе не обеспечивает высокую радиационную стойкость.Due to these disadvantages of the method, the resulting semiconductor-on-insulator structure does not provide high radiation resistance.
Известны структура полупроводник-на-изоляторе и другой способ ее изготовления, в которых в поверхностный слой полупроводника выполнен из кремния, в качестве изолятора использована двуокись кремния, а изолятор расположен на кремниевой подложке (см. патент США на изобретение US 5360752 от 1993 г., U.S. Class 438/421. "Manufacturing method for a semiconductor isolation region", авторы Park и др. (Корея, Сеул), патентообладатель Samsung Electronics Co., Корея, Сеул). В способе по этому патенту проводят имплантацию в слой изолятора тяжелых ионов примесей, в качестве которых используют германий или мышьяк, для создания центров захвата/рекомбинации электронов - носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением. И затем проводят отжиг проимплантированной структуры при температуре до 850°C.The known structure of the semiconductor-on-insulator and another method of its manufacture, in which the surface layer of the semiconductor is made of silicon, silicon dioxide is used as an insulator, and the insulator is located on a silicon substrate (see U.S. Patent No. 5,360,752 of 1993, US Class 438/421. "Manufacturing method for a semiconductor isolation region", authors Park and others (Korea, Seoul), patent holder Samsung Electronics Co., Korea, Seoul). In the method of this patent, implantation of heavy ions of impurities, such as germanium or arsenic, is carried out in the insulator layer to create electron capture / recombination centers - charge carriers arising from irradiation with external ionizing radiation. And then, the implanted structure is annealed at temperatures up to 850 ° C.
Способ по патенту US 5360752 имеет следующие недостатки:The method according to patent US 5360752 has the following disadvantages:
- имплантация тяжелых ионов ведет к накоплению в изоляторе радиационных дефектов, стабильных при высокой температуре, что ухудшает изоляционные свойства двуокиси кремния;- implantation of heavy ions leads to the accumulation in the insulator of radiation defects that are stable at high temperature, which affects the insulating properties of silicon dioxide;
- формирование области изолятора, насыщенной примесными атомами германия и мышьяка, также ухудшает изоляционные свойства изолятора;- the formation of the insulator region, saturated with impurity atoms of germanium and arsenic, also affects the insulating properties of the insulator;
- используемый режим отжига при температуре до 850°C ухудшает качество структуры кремний-на-изоляторе по сравнению с использующимися в настоящее время режимами отжига при температуре, равной или превышающей 1000°C;- the used annealing mode at temperatures up to 850 ° C degrades the quality of the silicon-on-insulator structure in comparison with the currently used annealing modes at a temperature equal to or higher than 1000 ° C;
- способ применим только при использовании в нем стыковки и сращивания промежуточных структур для получения структуры кремний-на-изоляторе.- the method is applicable only when it is used for docking and splicing of intermediate structures to obtain a silicon-on-insulator structure.
Общие недостатки аналогов по патентам США US 5795813 и US 5360752 состоят в следующем:General disadvantages of analogues of US patents US 5795813 and US 5360752 are as follows:
- недостаточная радиационная стойкость получаемых структур полупроводник-на-изоляторе вследствие недостаточного количества центров рекомбинации носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением;- insufficient radiation resistance of the resulting semiconductor-on-insulator structures due to an insufficient number of charge carrier recombination centers arising from irradiation with external ionizing radiation;
- накопление в изоляторе радиационных дефектов, обусловленных использованием относительно тяжелых ионов при имплантации.- accumulation of radiation defects in the insulator due to the use of relatively heavy ions during implantation.
Прототипами предлагаемой структуры полупроводник-на-изоляторе и способа ее изготовления является иные названные структура и способ, в которых поверхностный слой полупроводника выполнен из кремния, в качестве изолятора использована двуокись кремния, а изолятор расположен на кремниевой подложке (см. патент РФ №RU 2498450 от 2012 г., класс МПК H01L 21/76, «Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе, автор Тысченко И.Е., патентообладатель Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, Новосибирск).The prototypes of the proposed semiconductor-on-insulator structure and the method of its manufacture are other named structure and method, in which the surface layer of the semiconductor is made of silicon, silicon dioxide is used as an insulator, and the insulator is located on a silicon substrate (see RF patent No.RU 2498450 from 2012, IPC class H01L 21/76, “Method for the fabrication of a semiconductor-on-insulator structure, by I. I. Tyschenko, patent holder, A.V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS, Novosibirsk).
Структура-прототип содержит изолятор, расположенный на нем поверхностный слой полупроводника и сформированный в изоляторе вблизи от поверхностного слоя полупроводника, а именно на расстоянии от этого слоя, меньшем длины диффузии носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением, дефектный термостабильный слой с высокой рекомбинационной способностью указанных носителей заряда. Этот дефектный слой содержит преципитаты (т.е. микровключения) инородного полупроводникового материала, обладающие иными химическими и физическими свойствами, чем материал, используемый в изоляторе. В патенте №RU 2498450 эти преципитаты являются нанокристаллами кремния или германия.The prototype structure comprises an insulator, a surface layer of a semiconductor located on it and formed in an insulator close to the surface layer of a semiconductor, namely, at a distance from this layer shorter than the diffusion length of the charge carriers arising from irradiation with external ionizing radiation, a defective thermostable layer with high recombination ability specified charge carriers. This defective layer contains precipitates (i.e., microinclusions) of a foreign semiconductor material having different chemical and physical properties than the material used in the insulator. In patent No. RU 2498450, these precipitates are nanocrystals of silicon or germanium.
Наличие этих преципитатов снижает диэлектрические свойства изолятора, что приводит впоследствии к ухудшению свойств полупроводниковых приборов, сделанных в поверхностном слое структуры-прототипа. К этим свойствам относятся значения токов утечки и напряжения пробоя в полупроводниковых приборах.The presence of these precipitates reduces the dielectric properties of the insulator, which subsequently leads to a deterioration in the properties of semiconductor devices made in the surface layer of the prototype structure. These properties include leakage currents and breakdown voltages in semiconductor devices.
Кроме того, недостаток структуры-прототипа состоит в том, что в ней изолятор содержит радиационные нарушения, не устраняемые при последующих температурных обработках, что приводит к ухудшению диэлектрических свойств изолятора. Этот недостаток обусловлен тем, что в способе-прототипе, который будет рассмотрен ниже, производят имплантацию в изолятор тяжелых ионов.In addition, the disadvantage of the prototype structure is that the insulator contains radiation disturbances that cannot be eliminated during subsequent heat treatments, which leads to a deterioration in the dielectric properties of the insulator. This disadvantage is due to the fact that in the prototype method, which will be discussed below, implantation of heavy ions into the insulator is carried out.
Способ-прототип характеризуется тем, что в изоляторе вблизи от поверхностного слоя полупроводника, а именно на расстоянии от этого слоя, меньшем длины диффузии носителей заряда, возникающей при облучении внешним ионизирующим излучением, формируют путем имплантации и высокотемпературного отжига дефектный термостабильный слой с высокой рекомбинационной способностью указанных носителей заряда. В этом дефектном слое образуют указанные выше преципитаты (т.е. микровключения) инородного полупроводникового материала.The prototype method is characterized in that in the insulator close to the surface layer of the semiconductor, namely at a distance from this layer, less than the diffusion length of the charge carriers that occurs when irradiated with external ionizing radiation, a defective thermostable layer with high recombination ability of these is formed by implantation and high-temperature annealing charge carriers. In this defective layer, the above precipitates (i.e., microinclusions) of a foreign semiconductor material form.
Более подробно способ-прототип может быть представлен следующей последовательностью выполняемых шагов:In more detail, the prototype method can be represented by the following sequence of steps:
шаг 1: на поверхности кремниевой подложки, которую будем условно считать первой (или основной), формируют изолятор в виде слоя двуокиси кремния;step 1: on the surface of the silicon substrate, which we will conventionally assume to be the first (or main), an insulator is formed in the form of a layer of silicon dioxide;
шаг 2: производят имплантацию в указанный изолятор тяжелых ионов дозами, достаточными для формирования в нем нанокристаллов кремния или германия, являющихся преципитатами;step 2: implantation into the indicated insulator of heavy ions with doses sufficient to form silicon or germanium nanocrystals in it, which are precipitates;
шаг 3: производят низкотемпературный отжиг полученной в шаге 2 структуры, состоящей из изолятора на кремниевой подложке (в патенте-прототипе эта структура названа «подложкой с аморфным изолирующим слоем»);step 3: low-temperature annealing of the structure obtained in
шаг 4: внутри другой кремниевой подложки, которую будем условно считать второй (или дополнительной), путем имплантации ионов водорода формируют тонкий слой разупрочненной зоны; полученную структуру, содержащую кремниевую подложку с указанной зоной в патенте-прототипе называют «подложкой-донором»;step 4: inside another silicon substrate, which we will conventionally consider the second (or additional), a thin layer of a weakened zone is formed by implantation of hydrogen ions; the resulting structure containing a silicon substrate with the specified zone in the patent prototype is called a "donor substrate";
шаг 5: производят очистку и гидрофилизацию поверхности изолятора «подложки с аморфным изолирующим слоем» и поверхности кремния в подложке-доноре, ближайшей к указанной разупрочненной зоне;step 5: purify and hydrophilize the surface of the insulator "substrate with an amorphous insulating layer" and the silicon surface in the donor substrate closest to the specified softened zone;
шаг 6: стыкуют меду собой «подложку с аморфным изолирующим слоем» и подложку-донор, полученные в шаге 5, таким образом, что поверхность изолятора «подложки с аморфным изолирующем слоем» примыкает к поверхности кремния подложки-донора, ближайшей к указанной разупрочненной зоне;step 6: they join the honey with a “substrate with an amorphous insulating layer” and a donor substrate obtained in step 5, so that the surface of the insulator “substrate with an amorphous insulating layer” is adjacent to the silicon surface of the donor substrate closest to the specified softened zone;
шаг 7: стыкованные в шаге 6 структуры сращивают путем нагрева с одновременным расслоением подложки-донора; это расслоение заключается в том, что по плоскости указанной разупрочненной зоны идет разделение («скалывание») подложки-донора, при котором «толстая» (верхняя) часть кремния подложки-донора удаляется, а тонкая (нижняя часть) часть кремния, расположенная под указанной зоной, остается; эта тонкая часть кремния и является поверхностным слоем полупроводника (т.е. слоем кремния) в структуре полупроводник-на-изоляторе;step 7: the structures joined in step 6 are spliced by heating with the simultaneous delamination of the donor substrate; this stratification consists in the fact that along the plane of the indicated softened zone there is a separation (“chipping”) of the donor substrate, in which the “thick” (upper) part of the silicon of the donor substrate is removed and the thin (lower) part of the silicon located under the specified zone remains; this thin portion of silicon is the surface layer of the semiconductor (i.e., the silicon layer) in the semiconductor-on-insulator structure;
шаг 8: полученную в шаге 7 структуру отжигают (при температуре 800-1000°C), в результате чего в слое изолятора возникает дефектный слой, содержащий преципитаты (кристаллы), о которых говорилось выше.step 8: the structure obtained in step 7 is annealed (at a temperature of 800-1000 ° C), as a result of which a defective layer containing precipitates (crystals) described above appears in the insulator layer.
Таким образом, в способе-прототипе в шагах 2 и 8 в изоляторе вблизи от поверхностного слоя полупроводника путем имплантации тяжелых ионов и высокотемпературного отжига формируется дефектный термостабильный слой с высокой рекомбинационной способностью носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим облучением.Thus, in the prototype method in
Способ-прототип имеет следующие недостатки:The prototype method has the following disadvantages:
- образование преципитатов в дефектном слое (как указывалось при описании недостатков структуры-прототипа), приводит впоследствии к ухудшению свойств полупроводниковых приборов, сделанных в поверхностном слое полупроводника в структуре-прототипе;- the formation of precipitates in the defective layer (as indicated in the description of the disadvantages of the prototype structure), subsequently leads to a deterioration in the properties of semiconductor devices made in the surface layer of the semiconductor in the prototype structure;
- имплантация в изолятор тяжелых ионов приводит к тому, что изолятор содержит радиационные нарушения, не устраняемые при последующих температурных обработках, что обуславливает ухудшение диэлектрических свойств изолятора, включая его дефектный слой;- implantation of heavy ions in the insulator leads to the fact that the insulator contains radiation damage that cannot be eliminated during subsequent temperature treatments, which leads to a deterioration in the dielectric properties of the insulator, including its defective layer;
- кристаллическое качество поверхностного слоя полупроводника оказывается не достаточно высоким из-за накопления радиационных нарушений, обусловленных использованием тяжелых ионов при имплантации их в изолятор, и, как следствие, оказываются недостаточно высокими электрические свойства полупроводниковых приборов, созданных в этом слое;- the crystalline quality of the surface layer of the semiconductor is not high enough due to the accumulation of radiation disturbances due to the use of heavy ions when implanting them into the insulator, and, as a result, the electrical properties of the semiconductor devices created in this layer are not high enough;
- большая сложность способа-прототипа;- the great complexity of the prototype method;
- пригодность способа-прототипа только для случая, когда в качестве полупроводника использован кремний, а в качестве изолятора - двуокись кремния.- the suitability of the prototype method only for the case when silicon is used as a semiconductor, and silicon dioxide is used as an insulator.
Раскрытие (сущность) изобретенияDisclosure (essence) of the invention
Задачей предлагаемого изобретения является разработка структуры полупроводник-на-изоляторе и способа ее изготовления, которые по сравнению с аналогами и прототипом обеспечили бы технический результат в виде одновременного достижения следующих целей:The objective of the invention is to develop a semiconductor-on-insulator structure and a method for its manufacture, which, in comparison with analogs and a prototype, would provide a technical result in the form of simultaneously achieving the following goals:
- улучшение кристаллического качества поверхностного слоя полупроводника, и, как следствие, улучшение электрических свойств полупроводниковых приборов, создаваемых в этом слое;- improving the crystalline quality of the surface layer of a semiconductor, and, as a result, improving the electrical properties of semiconductor devices created in this layer;
- увеличение выхода годных полупроводниковых приборов при изготовлении их в структуре полупроводник-на изоляторе;- increase the yield of semiconductor devices in the manufacture of them in the structure of a semiconductor-on insulator;
- упрощение способа получения структуры полупроводник-на-изоляторе.- simplification of the method of obtaining a semiconductor-on-insulator structure.
обеспечение возможности применения способа получения структуры полупроводник-на-изоляторе при использовании различных сочетаний материалов полупроводника и изолятора;the possibility of applying the method of obtaining a semiconductor-on-insulator structure using various combinations of semiconductor and insulator materials;
- повышение радиационной стойкости структуры полупроводник-на изоляторе.- increase the radiation resistance of the semiconductor-on-insulator structure.
Этот технический эффект достигается, во-первых, благодаря тому, что в структуре полупроводник-на-изоляторе, содержащей изолятор, поверхностный слой полупроводника, расположенный на изоляторе, и сформированный в изоляторе вблизи от поверхностного слоя полупроводника дефектный термостабильный слой с высокой рекомбинационной способностью носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением, - в этой структуре указанный дефектный слой сформирован имплантацией ионов легкого газа в изолятор и последующим высокотемпературным отжигом, содержит термостабильные микропоры и расположен на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника, меньшем длины диффузии носителей заряда, возникающих при указанном облучении.This technical effect is achieved, firstly, due to the fact that in the semiconductor-on-insulator structure containing the insulator, the surface layer of the semiconductor located on the insulator and the defective thermostable layer with high recombination ability of charge carriers formed in the insulator near the surface layer of the semiconductor arising during irradiation with external ionizing radiation - in this structure, the indicated defective layer is formed by implantation of light gas ions in the insulator and subsequent high temperature annealing, contains thermostable micropores and is located at a distance from the surface layer of the semiconductor, less than the diffusion length of the charge carriers that occur during the specified exposure.
Создание этих термостабильных микропор в дефектном слое позволяет увеличить количество центров рекомбинации носителей зарядов, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением, и вследствие этого повысить радиационную стойкость предлагаемой структуры по сравнению со структурами, не содержащими указанного дефектного слоя. При этом диэлектрические свойства изолятора не ухудшаются вследствие того, что дефектный слой, содержащий микропоры, обладает значительным сопротивлением. Кроме того, создание дефектного слоя, содержащего микропоры, на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника, меньшем длины диффузии указанных носителей заряда, приводит к значительному улучшению кристаллического качества поверхностного слоя полупроводника.The creation of these thermostable micropores in a defective layer makes it possible to increase the number of recombination centers of charge carriers that arise upon irradiation with external ionizing radiation, and as a result, increase the radiation resistance of the proposed structure in comparison with structures that do not contain the specified defective layer. In this case, the dielectric properties of the insulator do not deteriorate due to the fact that the defective layer containing micropores has significant resistance. In addition, the creation of a defective layer containing micropores at a distance from the surface layer of the semiconductor shorter than the diffusion length of these charge carriers leads to a significant improvement in the crystalline quality of the surface layer of the semiconductor.
Получению этого технического результата способствует то, что в структуре полупроводник-на-изоляторе в качестве подложки использован изолятор.This technical result is facilitated by the fact that an insulator is used as a substrate in the semiconductor-on-insulator structure.
Это повышает высокочастотность полупроводниковых приборов, сделанных в предложенной структуре полупроводник-на-изоляторе.This increases the high frequency of semiconductor devices made in the proposed semiconductor-on-insulator structure.
Получению указанного технического результата способствует также то, что в структуре полупроводник-на-изоляторе в качестве изолятора использован сапфир, а в качестве полупроводника - кремний.The fact that in the structure of the semiconductor-on-insulator sapphire is used as an insulator and silicon is used as a semiconductor to obtain the indicated technical result.
Это упрощает структуру полупроводник-на-изоляторе и способ ее изготовления, а также повышает высокочастотность полупроводниковых приборов, сделанных в предложенной структуре полупроводник-на-изоляторе.This simplifies the structure of the semiconductor-on-insulator and the method of its manufacture, and also increases the high frequency semiconductor devices made in the proposed structure of the semiconductor-on-insulator.
Указанный технический результат достигается также благодаря тому, что в способе изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе, при котором в изоляторе вблизи от поверхностного слоя полупроводника формируют путем имплантации и высокотемпературного отжига дефектный термостабильный слой с высокой рекомбинационной способностью носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением, - в этом способе перед созданием этого дефектного слоя формируют поверхностный слой полупроводника, а затем имплантируют ионы легкого газа в изолятор со стороны поверхностного слоя полупроводника и в результате последующего высокотемпературного отжига формируют содержащий микропоры дефектный термостабильный слой на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника, меньшем длины диффузии носителей заряда, возникающих при указанном облучении.The specified technical result is also achieved due to the fact that in the method of manufacturing the semiconductor-on-insulator structure, in which a defective thermostable layer with high recombination ability of charge carriers arising from irradiation with external ionizing radiation is formed by implantation and high-temperature annealing in the insulator near the surface layer of the semiconductor , - in this method, before creating this defective layer, the surface layer of the semiconductor is formed, and then soft gas into the insulator from the side of the surface layer of the semiconductor and as a result of subsequent high-temperature annealing, a defective thermostable layer containing micropores is formed at a distance from the surface layer of the semiconductor that is shorter than the diffusion length of the charge carriers arising from this exposure.
Создание этих термостабильных микропор по сравнению с прототипом улучшает диэлектрические свойства изолятора и приводит к значительному улучшению кристаллического качества поверхностного слоя полупроводника. Кроме того, создание этих термостабильных микропор в дефектном слое позволяет повысить радиационную стойкость этой структуры по сравнению со структурами, не содержащими дефектного термостабильного слоя, и упрощает способ создания этого дефектного слоя по сравнению с прототипом.The creation of these thermostable micropores in comparison with the prototype improves the dielectric properties of the insulator and leads to a significant improvement in the crystalline quality of the surface layer of the semiconductor. In addition, the creation of these thermostable micropores in a defective layer allows to increase the radiation resistance of this structure in comparison with structures that do not contain a defective thermostable layer, and simplifies the method of creating this defective layer in comparison with the prototype.
Получению этого технического результата способствует то, что при имплантации в качестве ионов легкого газа используют ионы гелия. Это повышает термостабильность предлагаемой структуры при температуре около 1000°C (для сравнения - при использовании ионов водорода микропоры исчезают при этих температурах).Obtaining this technical result is facilitated by the fact that during implantation, helium ions are used as light gas ions. This increases the thermal stability of the proposed structure at a temperature of about 1000 ° C (for comparison, when using hydrogen ions, micropores disappear at these temperatures).
Получению этого технического результата способствует то, что в качестве изолятора используют сапфир, а в качестве полупроводника - кремний. Это упрощает структуру полупроводник-на-изоляторе и способ ее изготовления, а также повышает высокочастотность полупроводниковых приборов, сделанных в предложенной структуре.Obtaining this technical result is facilitated by the use of sapphire as an insulator, and silicon as a semiconductor. This simplifies the structure of the semiconductor-on-insulator and the method of its manufacture, and also increases the high frequency semiconductor devices made in the proposed structure.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фигуре показана предлагаемая структура полупроводник-на-изоляторе.The figure shows the proposed structure of the semiconductor-on-insulator.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Предлагаемая структура полупроводник-на-изоляторе (см. чертеж) содержит изолятор 1, расположенный на нем поверхностный слой 2 полупроводника и сформированный в изоляторе 1 дефектный термостабильный слой 3, обладающий высокой рекомбинационной способностью носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим облучением. Дефектный слой 3 содержит микропоры 4 и сформирован в изоляторе 1 на расстоянии L от поверхностного слоя 2 полупроводника, меньшем, чем длина диффузии носителей заряда, возникающих при указанном облучении. Изолятор 1 может быть использован в качестве подложки. В качестве изолятора 1 может быть использован сапфир, а качестве полупроводника поверхностного слоя 2 может быть использован кремний.The proposed semiconductor-on-insulator structure (see drawing) contains an
Предлагаемый способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе представлен ниже в виде последовательности шагов:The proposed method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure is presented below in the form of a sequence of steps:
шаг 1: поверхностный слой 2 полупроводника формируют на поверхности изолятора 1;step 1: the
шаг 2: путем имплантации ионов газа в изолятор 1 со стороны поверхностного слоя 2 полупроводника формируют в изоляторе 1 обогащенный этими ионами слой; имплантацию могут проводить ионами легкого газа, в частности - гелия;step 2: by implanting gas ions in the
шаг 3: проводят температурный отжиг структуры, полученной в шаге 2 (например, при температурах 800-1100°C); в результате этого в изоляторе 1, а именно в обогащенном ионами газа слое, созданном в шаге 2, формируется дефектный слой 3 на расстоянии от поверхностного слоя 2 полупроводника, меньшем, чем длина диффузии носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующем облучением.step 3: conduct temperature annealing of the structure obtained in step 2 (for example, at temperatures of 800-1100 ° C); as a result, in the
После выполнения этих трех шагов предлагаемая структура полупроводник-на-изоляторе оказывается изготовленной.After completing these three steps, the proposed semiconductor-on-insulator structure is fabricated.
Рассмотрим пример реализации способа изготовления предлагаемой структуры полупроводник-на-изоляторе для случая, когда в качестве изолятора 1 использован сапфир, а в качестве полупроводника поверхностного слоя 2 использован кремний.Consider an example of the implementation of the manufacturing method of the proposed semiconductor-on-insulator structure for the case when sapphire is used as
Тогда в шаге 1 на поверхности сапфира, который служит изолятором 1, формируют поверхностный слой 2 кремния любым известным методом, например эпитаксиальным методом или методом типа Smart-Cut, предложенным в патенте RU 2538352 от 2013 г. («Способ изготовления структуры кремний-на-сапфире»). Шаг 1 может быть существенно отделен по времени от шага 2, если для шага 2 в качестве исходной структуры взять структуру кремний-на сапфире с толщиной поверхностного кремниевого слоя 2, равной 3000 Å. В этом случае можно считать, что шаг 1 сделан задолго до шага 2.Then, in
В шаге 2 имплантацию в изолятор 1, выполненный из сапфира, проводят ионами гелия энергией 75 кэВ при температуре менее 100°C.In
В шаге 3 производят отжиг структуры, полученной в шаге 2, при температуре 1000°C. При дозе имплантации 3,5·1016 Не+/см2 толщина дефектного слоя 3 составляет около 750 Å. Дефектный слой 3, содержащий микропоры 4, находится на расстоянии L~1200 Å.In step 3, the structure obtained in
Размер дефектного слоя 3 и содержащихся в нем микропор определяется энергией имплантации, дозой имплантации и температурой отжига.The size of the defective layer 3 and the micropores contained therein is determined by the implantation energy, the implantation dose, and the annealing temperature.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015111283/28A RU2581443C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Semiconductor-on-insulator structure and method of making same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015111283/28A RU2581443C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Semiconductor-on-insulator structure and method of making same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2581443C1 true RU2581443C1 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=56194823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015111283/28A RU2581443C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Semiconductor-on-insulator structure and method of making same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2581443C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633437C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-10-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Semiconductor-on-insulator structure and method of its manufacturing |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5795813A (en) * | 1996-05-31 | 1998-08-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Radiation-hardening of SOI by ion implantation into the buried oxide layer |
| JP2000031079A (en) * | 1998-07-16 | 2000-01-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Method for manufacturing SOI substrate |
| RU2265255C2 (en) * | 2003-12-16 | 2005-11-27 | Институт физики полупроводников Объединенного Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН | Method for producing 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 |
-
2015
- 2015-03-30 RU RU2015111283/28A patent/RU2581443C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5795813A (en) * | 1996-05-31 | 1998-08-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Radiation-hardening of SOI by ion implantation into the buried oxide layer |
| JP2000031079A (en) * | 1998-07-16 | 2000-01-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Method for manufacturing SOI substrate |
| RU2265255C2 (en) * | 2003-12-16 | 2005-11-27 | Институт физики полупроводников Объединенного Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН | Method for producing 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 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633437C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-10-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Semiconductor-on-insulator structure and method of its manufacturing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6222253B1 (en) | Buried oxide layer in silicon | |
| KR101379409B1 (en) | Manufacturing process of a structure of semiconductor on insulator type, with reduced electrical losses and corresponding structure | |
| US6624037B2 (en) | XE preamorphizing implantation | |
| US20140349463A1 (en) | Semiconductor structure and method for manufacturing the same | |
| CN113964178A (en) | III-V compound semiconductor layer stack with electrical isolation provided by trap rich layers | |
| TW201606878A (en) | Method for manufacturing semiconductor with getter layer, method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device | |
| CN107039253B (en) | Method for processing silicon wafers | |
| TWI587446B (en) | SOI substrate and preparation method thereof | |
| RU2581443C1 (en) | Semiconductor-on-insulator structure and method of making same | |
| Huang et al. | Improving Total Dose Tolerance of Buried Oxides in SOI Wafers by Multiple-Step ${\hbox {Si}}^+ $ Implantation | |
| RU2368034C1 (en) | Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure | |
| Tyschenko et al. | Silicon-on-insulator structures produced by ion-beam synthesis and hydrogen transfer | |
| US7084459B2 (en) | SOI substrate | |
| Zheng et al. | Total dose radiation response of modified commercial silicon-on-insulator materials with nitrogen implanted buried oxide | |
| RU2498450C1 (en) | Method for making silicon-on-insulator structure | |
| RU2633437C1 (en) | Semiconductor-on-insulator structure and method of its manufacturing | |
| US20120225544A1 (en) | Method for producing a semiconductor component | |
| CN107154378A (en) | Top layer silicon substrate and its manufacture method on insulating barrier | |
| CN107154347B (en) | Top layer silicon substrate on insulating layer and method of making the same | |
| Gity et al. | Ge/Si pn diode fabricated by direct wafer bonding and layer exfoliation | |
| JPS6042839A (en) | Method for processing semiconductor wafer | |
| US20170256438A1 (en) | Soi substrate and manufacturing method thereof | |
| JP2922918B2 (en) | Ion implantation method | |
| Chen et al. | Formation of silicon on insulator using separation by implantation of oxygen with water plasma | |
| JPH04242958A (en) | Manufacturing method of semiconductor substrate |