WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Расслаивание пластин, используемое в технологии Smart Cut, имеет одинаковую физическую природу с известным явлением ”блистеринга” поверхностных слоев металлов и полупроводников после высокодозной имплантации протонов [54,59,60]. Под блистерингом понимается эффект отслаивания небольших по площади чешуек материала, имеющих размеры в единицы микрон и толщину, примерно равную глубине пробега ионов водорода в материале [54]. При блистеринге тонкий слой материала, расположенный над скрытым нарушенным слоем с порами, не выдерживает высокого внутреннего давления водорода в полостях пор. Это приводит к преждевременному отрыву небольших чешуек до того, как все внутренние полости в пористом слое объединяются по всей площади пористого слоя. В случае технологии Рис. 9. Схематическое изображение кристалла кремния после Smart Cut этот тонкий рабочий слой материала пластивысокодозной имплантации водорода, иллюстрирующее обраны A приращен к опорной пластине B, что препятствует зование микротрещин и полостей в насыщенном водородом вскрытию пор вплоть до момента отслаивания пленки скрытом слое.

по всей площади пластины A. Энергии активации Ea для блистеринга и расслаивания пластин в процессе Smart Cut не отличаются друг от друга [61], что подтверТаким образом, после завершения процесса формируютждает одинаковую физическую природу этих процессов.

ся SOI-пластина и остаточная пластина A, которая может Согласно данным работы [61], время t, необходимое быть использована в процессе повторно в качестве пладля полного расслоения пластин в процессе Smart Cut, стины B.

примерно на порядок превышает время, которое требуИспользование имплантации водорода и формировается при постимплантационном отжиге для проявления ние скрытого пористого слоя, вдоль которого происходит блистеринга при одинаковых режимах имплантации прорасслоение пластин, является ключевым звеном технолотонов и отжига кристаллов. Эти времена уменьшаются с гии Smart Cut. В основе эффекта расслаивания пластин повышением температуры отжига Tann по закону вдоль пористого слоя лежит явление разрастания пор в пористом слое анизотропно и преимущественно в t = A exp(Ea/kTann), направлениях, параллельных поверхности пластин. Эта ситуация показана на рис. 9. Скрытый под поверхностью где A — коэффициент пропорциональности, зависящий нарушенный слой, образованный имплантацией водо- от дозы имплантации.

рода, содержит как поры, заполненные молекулярным Следует отметить, что для эффективной реализации водородом, так и атомарный водород, захваченный на процесса Smart Cut доза имплантации протонов в полуоборванные связи Si. Связи Si–H являются существенно проводниковый кристалл должна превышать некоторый более сильными в сравнении со связями H–H, возникаю- критический уровень. При типичном значении энергии щими между атомарными плоскостями Si в нарушенном имплантируемых протонов 50 кэВ доза имплантации слое [58]. При нагреве все большая часть импланти- обычно составляет величину (4-8) · 1016 см-2 в рованного водорода переходит из атомарного состояния зависимости от режима постимплантационного отжига.

в молекулярное, образуются дополнительные кластеры Уменьшение требуемой дозы облучения протонами являмолекулярного водорода, увеличиваются размеры нано- ется важной практической задачей, так как позволяет пор и возрастает внутреннее давление в таких порах. повысить экономическую эффективность процесса и сниВысокое внутреннее давление водорода в порах явля- зить степень радиационного воздействия на полупроводется движущей силой для анизотропного расширения никовый материал. В связи с этим следует отметить пузырьков вдоль плоскостей, насыщенных атомарным работу [62], в которой предложено использовать для Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 142 В.В. Козловский, В.А. Козлов, В.Н. Ломасов реализации технологии Smart Cut имплантацию водорода электрические характеристики пленок, полученных меи гелия с целью снижения общей дозы имплантации тодом Smart Cut от пластин SiC с уровнем легирования ионов. Авторы данной работы показали, что для ре- 1019 см-3, сохранили свою исходную электрическую проализации полного расслаивания пластин кремния при водимость.

использовании только имплантации ионов водорода с Из числа работ по структурам SOI и SiC-OI, cфорэнергией 30 кэВ и постимплантационного отжига при мированных по технологии Smart Cut, следует отме750C в течение 20 c минимально необходимая доза тить работу [65], в которой предложено использовать имплантации протонов составляет 6·1016 см-2. Эта доза высокотемпературную имплантацию протонов. Авторы имплантации водорода может быть уменьшена до вели- работы показали, что реализация процесса Smart Cut чины 7.5 · 1015 см-2, если после имплантации водорода может быть достигнута при температуре имплантации проводится имплантация гелия с дозой 1016 см-2. Таким водорода в Si и SiC, равной, соответственно, 400 и образом, общая минимальная доза имплантации водоро- 800C. Использование высоких температур имплантации да и гелия составляет в сумме только 1.75 · 1016 см-2, обеспечивает меньший уровень радиационного повречто в 3.4 раза меньше дозы, необходимой для обычного ждения материала, что позволяет в дальнейшем снизить процесса Smart Cut в случае использования только про- температуру постимплантационного отжига пластин при тонной имплантации. сращивании. Это открывает возможности использования Успешное использование технологии Smart Cut для процесса Smart Cut для переноса полупроводниковых формирования SOI-структур стимулировало развитие ра- пленок на подложки, имеющие заметно отличающиеся от бот про применению данного процесса в технологии по- полупроводника коэффициенты термического расширелучения структур с диэлектрической изоляцией на осно- ния. В работе [65] такой вариант процесса Smart Cut был ве других полупроводников. Так, авторы работ [63,64] использован для получения пленок Si и SiC на подложках продемонстрировали возможность применения техноло- из стекла.

гии Smart Cut для изготовления структур типа ”карбид Другой важной работой является реализация процескремния на изоляторе” (SiC-OI). В экспериментах был сов блистеринга и Smart Cut для кристаллов кремния, использован карбид кремния политипов 6H и 4H с диа- германия, карбида кремния и алмаза [61]. В данной рабометром пластин 30 мм. Перед имплантацией водорода на те авторы установили энергии активации этих процессов, пластине SiC выращивался сперва термический окисел, составившие значения 1.2, 1, 4 и 4.2 эВ для Si, Ge, SiC а затем напылялся окисел SiO2 толщиной 1мкм. и алмаза соответственно. С использованием технологии Имплантация водорода проводилась при энергии про- Smart Cut были сформированы структуры SOI, SiC-OI и тонов, равной 90 кэВ, в диапазоне доз от 5 · 1016 до Ge-OI. Перенос пленок Si, Ge и SiC осуществлялся на 1017 см-2, оптимальная доза имплантации составила ве- подложки из высокотемпературного стекла, имеющего личину 8 · 1016 см-2. В процессе Smart Cut пластины близкий к Si коэффициент термического расширения SiC сращивались с опорными пластинами, изготовлен- и сохраняющего стабильность до 800C. Следует заными из кремния или поликристаллического карбида метить, что сравнение энергий активации блистеринга кремния, с использованием двухстадийной термической для кристаллов Si и SiC по данным работ [61] и [65] обработки [64] при температурах 900C и более показывает сильное различие этих энергий для случая 1000C. Первая ”низкотемпературная стадия” отжига Si. Это различие может быть связано с изменением использовалась для расслоения пластины SiC вдоль де- энергии активации блистеринга при использовании выфектного пористого слоя, вторая — для окончательного сокотемпературной имплантации протонов в работе [65] сращивания пленки SiC с опорной пластиной. После в сравнении с имплантацией протонов при комнатной завершения сращивания и полировки рабочего слоя SiC температуре [61].

были сформированы структуры SiC-OI, имеющие диа- Помимо полупроводниковыx материалов IV группы метр 30 мм и толщину слоя SiC, равную 0.3мкм. и карбида кремния большой практический интерес для Исследование дефектов структуры полученных пленок электроники представляют пленки материалов AIIIBV на SiC на изоляторе показало, что качество пленок SiC подложках из Si или стекла. Такие материалы могут находилось на уровне, типичном для кристаллических найти широкое применение в оптоэлектронике, элекпластин карбида кремния. тронике СВЧ и оптоэлектронных интегральных схеИсследования электрических характеристик структур мах, сочетающих оптоэлектронные свойства материалов SiC-OI до настоящего времени практически не прово- AIIIBV с электронными схемами на основе Si. Первая дились. В работе [64] методом вольтъемкостных из- успешная реализация структур GaAs–OI с использовамерений было установлено, что полученные пленки нием технологии Smart Cut была описана в работе [66].

SiC после завершения процесса Smart Cut проявляли Авторы использовали в экспериментах пластины полуисвойства изоляторов (при уровне легирования исходных золирующего GaAs с ориентацией (100) и пластины Si, пластин SiC порядка 1017 см-3). Это свидетельствует покрытые слоем SiO2. После проведения имплантации либо о пассивации легирующей примеси имплантиро- протонов с энергией 100 кэВ и сращивания пластин через ванным водородом, либо о высокой остаточной кон- слой SiO2 с использованием термической обработки в центрации радиационных дефектов. С другой стороны, диапазоне температур 400–700C пластина GaAs была Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Модифицирование полупроводников пучками протонов успешно разделена вдоль плоскости нарушенного по- ние). При этом геттерируемые примеси или удаляются ристого слоя по всей площади. Конечным результатом из приповерхностного рабочего слоя пластины в ее работы явилось изготовление сплошных монокристалли- объем (внутреннее геттерирование), или удаляются с ческих пленок арсенида галлия на подложках кремния рабочей поверхности и объема на тыльную нерабочую с изоляцией GaAs от подложек слоем SiO2. Рабо- сторону пластины (внешнее геттерирование на тыльную чий диаметр полученных структур GaAs–OI составлял сторону).

76 мм. В последние годы значительное внимание уделялось Таким образом, рассмотренные выше результаты ис- развитию процессов геттерирования с использованием следований последних четырех лет в области технологии высокодозной ионной имплантации различных элеменSmart Cut показали возможность ее широкого примене- тов: B, C, N, Ne, Si, Ar, H, He [45,53,67–71]. Основным ния в производстве многослойных полупроводниковых достоинством данного метода геттерирования являетструктур для современной электроники. Основными до- ся точность и воспроизводимость при создании геттестоинствами данной технологии являются ее высокая рирующих областей в непосредственной близости от точность и воспроизводимость, технологичность, срав- активных слоев полупроводниковых приборов. Это понительная простота и малая стоимость в сочетании зволяет уменьшить дистанцию диффузии геттерируемых с высоким качеством полупроводниковых материалов. примесей на стоки, снизить температуру и длительность Сегодня технология Smart Cut является альтернативой процесса геттерирования и повысить эффективность удаизвестной технологии SIMOX (Separation by Implanted ления неконтролируемых примесей. Следует отметить, Oxygen), которая используется в настоящее время ря- что сравнение технологии геттерирования при испольдом фирм США, Франции и Японии для производства зовании имплантации различных ионов показало, что высококачественных SOI-структур [56]. В технологии применение имплантации ионов водорода или гелия в SIMOX изолирующий барьерный слой SiO2 формируется режиме формирования скрытых пористых слоев имеет при термической обработке пластин кремния, прошед- ряд преимуществ. К этим преимуществам следует отнеших высокодозную имплантацию ионов кислорода. В сти простоту создания глубокозалегающих скрытых гетпроцессе такого высокотемпературного отжига имплан- терирующих слоев с использованием стандартных низтированный кислород вступает в химическое взаимо- коэнергетичных ускорителей, малую степень радиационного повреждения активных рабочих слоев в кристалле действие с атомами кремния, приводя к образованию над геттерирующим слоем и высокую эффективность скрытого слоя SiO2 в обогащенной кислородом области, геттерирования. Более высокая эффективность геттерирасположенной на глубине порядка Rp. При этом для рования в случае пористых слоев объясняется наличием синтеза SiO2 необходимы очень высокие температуры большой внутренней поверхности пор с ненасыщенными отжига (Tann 1300C) и большие дозы имплантации химическими связями, на которые и происходит эффеккислорода ( 1018 см-2). Эти факторы являются одними тивный захват примесных атомов. Рассмотрим основные из главных недостатков технологии SIMOX, так как практическая реализация этого процесса требует доро- работы по геттерированию примесей пористыми слоями.

Большая часть всех работ по геттерированию относитгостоящих сверхмощных имплантирующих устройств и специализированного термического оборудования. Тех- ся к исследованию геттерирования примесей металлов, так как именно эти примеси наиболее часто загрязнология Smart Cut лишена этих недостатков. Кроме того, няют активные слои полупроводниковых приборов и в технологии Smart Cut для изоляции рабочего слоя кремния от подложки используется термически выра- проводят к деградации их электрических характеристик.

В работе [53] исследована эффективность геттерирощенный слой SiO2, качество которого выше в сравнении со слоями SiO2, получаемыми путем имплантации кисло- вания меди в кремнии. Пористый слой создавался на глубине 1 мкм под поверхностью пластин Si (100) рода. Благодаря этим достоинствам метод Smart Cut уже после имплантации протонов H+ с энергией 100 кэВ с 1997 г. используется в промышленном производстве и дозой 3.2 · 1016 см-2. Медь была имплантирована в структур SOI на основе кремния.

ту же поверхность пластин при энергии 70 кэВ и дозе имплантации 3 · 1015 см-3, что обеспечивало ее локали5.2. Геттерирование примесей пористыми зацию в приповерхностном слое толщиной 0.1мкм.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.