RU2301476C1 - Method for heterostructure manufacture - Google Patents
Method for heterostructure manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301476C1 RU2301476C1 RU2006103557/28A RU2006103557A RU2301476C1 RU 2301476 C1 RU2301476 C1 RU 2301476C1 RU 2006103557/28 A RU2006103557/28 A RU 2006103557/28A RU 2006103557 A RU2006103557 A RU 2006103557A RU 2301476 C1 RU2301476 C1 RU 2301476C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ions
- substrate
- layer
- implanted
- semiconductor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для создания современных приборных структур микроэлектроники, в частности многослойных полупроводниковых структур и многослойных структур полупроводник-диэлектрик при производстве высокоскоростных СБИС (сверхбольших интегральных схем) и других изделий полупроводниковой техники.The invention relates to semiconductor technology and can be used to create advanced instrumentation microelectronic structures, in particular multilayer semiconductor structures and multilayer semiconductor-dielectric structures in the production of high-speed VLSI (ultra-large integrated circuits) and other semiconductor technology products.
Известен способ изготовления гетероструктуры (патент США на изобретение №4920076, МПК: 5 Н01L 21/473), заключающийся в том, что на подложке формируют аморфный слой, окисляя часть поверхности подложки, затем формируют приповерхностный эпитаксиальный слой германия, обеспечивая концентрацию германия в приповерхностной области подложки на окисленных участках, достаточную для формирования, по крайней мере, одного монослоя германия, после чего проводят отжиг в окисляющей атмосфере, содержащей воду, длительностью, достаточной для формирования однородного слоя желаемой толщины окисла кремния и роста эпитаксиального слоя германия, расположенного между подложкой и окислом кремния, при этом в качестве подложки используют пластину кремния, для проведения отжига используют температурный интервал 700÷1200°С, для формирования поверхностного эпитаксиального слоя германия используют имплантацию ионов германия с энергией 50÷160 кэВ и дозой, как минимум равной 1×1015 см-2.A known method of manufacturing a heterostructure (US patent for invention No. 4920076, IPC: 5 H01L 21/473), which consists in the fact that an amorphous layer is formed on the substrate by oxidizing part of the surface of the substrate, then a surface epitaxial layer of germanium is formed, providing a concentration of germanium in the surface region substrates on oxidized sites, sufficient to form at least one germanium monolayer, after which annealing is carried out in an oxidizing atmosphere containing water for a duration sufficient to form a single one layer of the desired thickness of silicon oxide and the growth of an epitaxial layer of germanium located between the substrate and silicon oxide, using a silicon plate as the substrate, using an annealing temperature range of 700 ÷ 1200 ° C, for the formation of a surface epitaxial layer of germanium using implantation of germanium ions with an energy of 50 ÷ 160 keV and a dose of at least 1 × 10 15 cm -2 .
Основными недостатками, которыми обладает данное техническое решение, являются низкое качество получаемых гетероструктур, узкая сфера применения способа, в частности, ограниченность применения данного способа в технологии создания высокоскоростных СБИС. Причинами недостатков является проявление при реализации данного способа целого ряда физических факторов.The main disadvantages of this technical solution are the low quality of the resulting heterostructures, the narrow scope of the method, in particular, the limited application of this method in the technology of creating high-speed VLSI. The causes of the disadvantages is the manifestation of a number of physical factors during the implementation of this method.
Во-первых, проведение имплантации ионов Ge+ в монокристаллическую кремниевую пластину с использованием указанных доз ионов вызывает генерацию радиационных дефектов и аморфизацию слоя, подвергшегося имплантации, в результате происходит снижение качества полупроводниковой пластины. Последующий высокотемпературный отжиг аморфизированного слоя кремния в окисляющей атмосфере вызывает генерацию дислокации и дефектов упаковки в кремнии, лежащем ниже области имплантации, которые стабильны вплоть до температур, близких к температуре плавления кремния, и оказывают отрицательное влияние на электрофизические свойства приборов, создаваемых на основе сформированных данным способом гетероструктур.First, implantation of Ge + ions in a single-crystal silicon wafer using the indicated doses of ions causes the generation of radiation defects and amorphization of the implanted layer, resulting in a decrease in the quality of the semiconductor wafer. Subsequent high-temperature annealing of the amorphized silicon layer in an oxidizing atmosphere causes the generation of dislocations and stacking faults in silicon lying below the implantation region, which are stable up to temperatures close to the melting temperature of silicon and negatively affect the electrophysical properties of devices created on the basis of this method heterostructures.
Во-вторых, увеличение дозы ионов Ge+ с целью формирования слоев Ge желаемой толщины, которая определяется концентрацией внедренного германия, приводит к росту концентрации радиационных дефектов и аморфизации слоя кремния, подвергшегося имплантации, при этом последние два фактора лимитируют получение желаемой толщины слоев Ge в гетероструктуре.Secondly, an increase in the dose of Ge + ions in order to form Ge layers of the desired thickness, which is determined by the concentration of embedded germanium, leads to an increase in the concentration of radiation defects and amorphization of the implanted silicon layer, while the last two factors limit the obtaining of the desired thickness of Ge layers in the heterostructure .
В-третьих, проведение имплантации ионов вызывает образование дефектов имплантации в окисляемом слое кремния, в результате возникает структурная неоднородность нарушенного имплантацией окисляемого слоя кремния, что приводит к ухудшению однородности по площади пластины и по глубине формируемого диоксида кремния.Thirdly, ion implantation causes the formation of implantation defects in the oxidizable silicon layer, resulting in structural heterogeneity of the oxidized silicon layer impaired by implantation, which leads to a deterioration in uniformity over the plate area and the depth of the formed silicon dioxide.
В-четвертых, формирование слоя германия на подложке кремния вследствие несоответствия постоянных решетки Ge и Si вызывает возникновение напряжений несоответствия и неоднородности пленки германия. Этот фактор является препятствующим для увеличения желаемой толщины пленки германия в гетероструктуре более 9 нм (D.Fathy, О.W.Holland, С.W.White "Formation of epitaxial layers of Ge on Si substrates by Ge implantation and oxidation", Aplied Physics letters, v.51 (1987), p.p.1337-1339). Увеличение толщины формируемой пленки германия приводит к увеличению напряжений несоответствия и увеличению неоднородности. Увеличение напряжений несоответствия может стать причиной срыва процесса роста эпитаксиальной пленки германия.Fourth, the formation of a germanium layer on a silicon substrate due to the mismatch of the lattice constants of Ge and Si causes the appearance of stresses of mismatch and inhomogeneity of the germanium film. This factor is an obstacle to increasing the desired germanium film thickness in the heterostructure of more than 9 nm (D.Fathy, O.W. Holland, C.W. White "Formation of epitaxial layers of Ge on Si substrates by Ge implantation and oxidation", Aplied Physics letters, v. 51 (1987), pp1337-1339). An increase in the thickness of the formed germanium film leads to an increase in mismatch stresses and an increase in inhomogeneity. An increase in mismatch stresses can cause a disruption in the growth process of the epitaxial film of germanium.
В-пятых, формирование слоя германия на подложке кремния является ограничивающим фактором использования других методов, в частности, молекулярно-лучевой эпитаксии и метода прямого сращивания, для последующего наращивания слоев гетероструктуры после удаления слоя диоксида кремния. При этом имеющиеся в технологическом арсенале способы формирования монокристаллических пленок на разупорядоченной матрице становятся непригодными, так как они предназначены для систем Si-SiO2. Молекулярно-лучевая эпитаксия, часто используемая для формирования многослойных ориентированных структур, оказывается в данном случае малопривлекательной, поскольку требует наличия ориентирующего буферного слоя, в качестве которого может быть использован тонкий слой кремния, с последствиями возникновения механических напряжений при превышении критической толщины наращиваемого слоя монокристаллического Ge и срыва процесса роста из-за несоответствия параметров кристаллических решеток кремния и германия. Применение в данном случае прямого сращивания на основе водородно-индуцированного переноса, характеризуемого использованием гидрофильных процессов, сопровождается образованием нестабильного оксида германия на границе Ge-SiO2, что препятствует полному соединению переносимой пленки и подложки.Fifth, the formation of a germanium layer on a silicon substrate is a limiting factor in the use of other methods, in particular, molecular beam epitaxy and direct splicing, for the subsequent growth of heterostructure layers after removal of the silicon dioxide layer. Moreover, the methods available in the technological arsenal for the formation of single-crystal films on a disordered matrix become unsuitable, since they are intended for Si-SiO 2 systems. Molecular beam epitaxy, often used for the formation of multilayer oriented structures, turns out to be unattractive in this case, since it requires an orienting buffer layer, which can be used as a thin silicon layer, with the consequences of mechanical stresses when exceeding the critical thickness of the growing layer of single-crystal Ge and failure of the growth process due to the mismatch of the parameters of the crystal lattices of silicon and germanium. The use in this case of direct splicing based on hydrogen-induced transfer, characterized by the use of hydrophilic processes, is accompanied by the formation of unstable germanium oxide at the Ge-SiO 2 interface, which prevents the complete connection of the transferred film and the substrate.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ изготовления гетероструктуры (патент США на изобретение №6851158, МПК: 7 В32В 9/04), заключающийся в том, что в подложку осуществляют имплантацию ионов кислорода, формирующую в подложке разупорядоченную область с концентрацией кислорода, позволяющей препятствовать диффузии германия, затем проводят имплантацию кислорода, формирующую в указанной подложке аморфизированную область, которая расположена ближе к поверхности, чем разупорядоченная область, причем указанная аморфизированная область сформирована таким образом, что содержит приповерхностный слой подложки, после этого на приповерхностном слое подложки формируют слой германия толщиной 50÷500 нм с содержанием атомов германия от 5% до 40% и, наконец, проводят отжиг, включающий последовательно несколько ступеней, а именно первую, представляющую собой загонку, ступень отжига, проводят в кислородосодержащей атмосфере при температуре, достаточной для инициации формирования в подложке захороненного окисла, вторую, насыщающую, ступень отжига осуществляют при температуре, обеспечивающей формирование сплошного захороненного окисла, третью, представляющую собой загонку, ступень отжига осуществляют в кислородсодержащей атмосфере в интервале температур, начинающемся со значения температуры, достаточной для инициации формирования в подложке захороненного окисла, и включающем все значения температур, обеспечивающих разращивание (увеличение толщины) захороненного окисла в подложке, четвертую, насыщающую, ступень отжига проводят в кислородсодержащей атмосфере при температуре, соответствующей конечному значению температурного интервала, обеспечивающей разращивание захороненного окисла в подложке и четкую границу раздела между слоем захороненного окисла и лежащими на нем слоями, пятую, представляющую собой разгонку, ступень отжига осуществляют в температурном интервале от температур, соответствующих конечной температуре интервала, обеспечивающего разращивание захороненного окисла, и до температур, меньше или равных температуре плавления германия, достигая таким образом однородности концентрации германия, шестую, окисляющую, ступень отжига, проводят при температуре, равной конечной температуре последнего температурного интервала, обеспечивающей окончательное содержание германия и его толщину, при этом в качестве подложки выбрана кремнийсодержащая пластина, а захороненный окисел, являющийся изолирующим слоем, представляет собой окисел кремния.The closest technical solution to the claimed is a method of manufacturing a heterostructure (US patent for the invention No. 6851158, IPC: 7
По сравнению с вышеописанным техническим решением (патент США на изобретение №4920076, МПК: 5 Н01L 21/473) ближайшее техническое решение обладает преимуществами, выражающимися в том, что в изготовленной гетероструктуре бислой Si-Ge изолирован от объема подложки слоем диэлектрика, представляющим захороненный окисел кремния, позволяющим исключить напряжения несоответствия между бислоем Si-Ge и кристаллической подложкой, возникающие из-за несоответствия параметров кристаллических решеток кремния и германия, а также в том, что сформированный бислой Si-Ge может быть использован для эпитаксиального наращивания полупроводниковых слоев, например кремния или германия.Compared to the technical solution described above (US Patent No. 4920076, IPC: 5 H01L 21/473), the closest technical solution has the advantages that the Si-Ge bilayer is made from the bulk of the substrate by a dielectric layer representing a buried oxide silicon, which allows to eliminate the voltage mismatch between the Si-Ge bilayer and the crystal substrate, arising due to the mismatch of the parameters of the crystal lattices of silicon and germanium, as well as the fact that the bilayer S i-Ge can be used for epitaxial growth of semiconductor layers, such as silicon or germanium.
К недостаткам ближайшего технического решения следует отнести низкое качество получаемых гетероструктур, ограничивающее применение данного способа в технологии создания СБИС и нанотехнологии. Причинами недостатков является проявление при реализации данного способа целого ряда факторов.The disadvantages of the closest technical solution include the low quality of the resulting heterostructures, limiting the application of this method in the technology of creating VLSI and nanotechnology. The causes of the disadvantages is the manifestation of a number of factors when implementing this method.
Во-первых, используемые режимы имплантации и отжиг большой длительности обуславливают значительное увеличение стоимости изготовления гетероструктур по сравнению с исходной стоимостью пластин кремния. Данный фактор является препятствующим на пути применения известного способа в массовом производстве ИС (интегральных схем).First, the implantation and long-term annealing modes used cause a significant increase in the cost of manufacturing heterostructures compared to the initial cost of silicon wafers. This factor is an obstacle to the application of the known method in the mass production of ICs (integrated circuits).
Во-вторых, осуществление указанной имплантации проводят с использованием больших доз (1018 см-2 и выше) ионов и повышенных температур, а осуществление последующих длительных (от единиц до десятков часов) отжигов при весьма высоких температурах (свыше 1300°С), что приводит к большим радиационно-термическим нагрузкам и отражается на качестве структур.Secondly, the implementation of this implantation is carried out using large doses (10 18 cm -2 and above) of ions and elevated temperatures, and subsequent long-term (from units to tens of hours) annealings at very high temperatures (above 1300 ° C), which leads to large radiation-thermal loads and affects the quality of structures.
В-третьих, формирование изолирующего слоя посредством имплантации больших доз ионов приводит к разупорядочению подложки с наличием высокой концентрации остаточных дефектов (порядка 106 см-2) в отсеченном слое полупроводника, лежащем над захороненным изолирующим слоем окисла кремния, что является фактором, снижающим качество получаемых структур и ограничивающим использование способа в технологии создания приборов и СБИС.Thirdly, the formation of an insulating layer by implantation of large doses of ions leads to disordering of the substrate with a high concentration of residual defects (of the order of 10 6 cm -2 ) in the semiconductor cut-off layer lying above the buried insulating layer of silicon oxide, which is a factor that reduces the quality of structures and restricting the use of the method in the technology of creating devices and VLSI.
В-четвертых, используемый в способе процесс формирования захороненного слоя окисла обуславливает его неоднородность по толщине и шероховатость границы раздела между ним и отсеченным слоем полупроводника, лежащим над ним, которая достигает нескольких нанометров, что приводит к ограничению использования данного способа изготовления гетероструктур для создания приборов с пониженной размерностью (одноэлектронных и квантово-размерных приборов), при котором предъявляются высокие требования к совершенству границ раздела.Fourth, the process of forming a buried oxide layer used in the method determines its heterogeneity in thickness and the roughness of the interface between it and the semiconductor layer cut off above it, which reaches several nanometers, which leads to the restriction of the use of this method of manufacturing heterostructures for creating devices with reduced dimension (single-electron and quantum-dimensional devices), in which high demands are placed on the perfection of interfaces.
В-пятых, используемые режимы имплантации обуславливают высокую концентрацию дефектов имплантации и неоднородность захороненного изолирующего слоя, что приводит к неполной релаксации напряжений в верхнем отсеченном слое кремнийсодержащей подложки, который используется в качестве основы для создания бислоя Si-Ge. Это обстоятельство является ограничением для применения известного способа в практических целях, поскольку качество получаемых структур характеризуется низким уровнем.Fifth, the implantation modes used cause a high concentration of implantation defects and heterogeneity of the buried insulating layer, which leads to incomplete stress relaxation in the upper cut-off layer of the silicon-containing substrate, which is used as the basis for creating the Si-Ge bilayer. This circumstance is a limitation for the application of the known method for practical purposes, since the quality of the resulting structures is characterized by a low level.
Техническим результатом изобретения является повышение качества гетероструктур, расширение технологической сферы применения способа.The technical result of the invention is to improve the quality of heterostructures, expanding the technological scope of the method.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления гетероструктуры, заключающемся в том, что в подложку осуществляют имплантацию ионов, предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимой и легко сегрегирующей примеси или слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой, также проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода в полупроводниковую пластину, после указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя при условиях, обеспечивающих водородно-индуцированный перенос его с полупроводниковой пластины, после чего проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси или соединений имплантированных примесей.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a heterostructure, which consists in the implantation of ions, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of a poorly soluble and easily segregating impurity or weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate implantation conditions that ensure the concentration of the embedded impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an epitaxial layer a semiconductor with a thickness of at least one monolayer, hydrogen implantation into a semiconductor wafer is also provided to form a clipped semiconductor layer, after these operations, a clipped semiconductor layer is formed on a substrate containing an amorphous layer on a working surface under conditions that ensure its hydrogen-induced transfer from the semiconductor plates, after which annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the implanted into amorphous impurity layer on the substrate to the interface between the semiconductor layer clipped - amorphous layer and an epitaxial growth on said interface between the single crystal semiconductor layer implanted dopant implanted impurities or compounds.
В качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния, перед имплантацией водорода на полупроводниковой пластине выращивают защитный слой окисла кремния, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют, а в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем в качестве аморфного слоя.A silicon wafer is used as a semiconductor wafer, before the implantation of hydrogen, a protective layer of silicon oxide is grown on the semiconductor wafer, through which implantation is carried out and which is removed after implantation, and a silicon wafer with a dielectric layer as an amorphous layer is also used as a substrate.
Формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя при условиях, обеспечивающих водородно-индуцированный перенос его с полупроводниковой пластины, осуществляют тем, что сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание и включающей очистку и гидрофилизацию поверхностей, затем полупроводниковую пластину и подложку соединяют сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя, причем соединение и одновременное сращивание с расслоением, а также и предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей, проводят, варьируя температуру 80÷450°С длительностью процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 101÷103 Па или в сочетании с использованием инертной сухой атмосферы.The formation on the substrate containing an amorphous layer on the working surface of a severed semiconductor layer under conditions that ensure hydrogen-induced transfer from the semiconductor wafer is carried out by first processing the semiconductor wafer and the substrate, ensuring their splicing and including cleaning and hydrophilization of the surfaces, then the semiconductor wafer and the substrate are connected by parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and delaminated on the floor a conductor plate subjected to hydrogen implantation, with the formation of a semiconductor layer cut off on an amorphous layer on the substrate, the connection and simultaneous splicing with delamination, as well as drying prior to the connection after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out, varying a temperature of 80 ÷ 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 an inert dry atmosphere.
Обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода осуществляют путем имплантации ионов водорода со значением энергии 20÷200 кэВ и дозы 2×1016÷1×1017 см-2.The hydrogen implantation is carried out by implanting hydrogen ions with an energy value of 20 ÷ 200 keV and a dose of 2 × 10 16 ÷ 1 × 10 17 cm -2, which ensures the formation of a cut off semiconductor layer.
В аморфный слой на подложке имплантируют ионы слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси, такой как ионы германия или углерода, или имплантируют ионы слабо растворимых и легко сегрегирующих примесей, таких как ионы сурьмы и индия, или галлия и мышьяка, или галлия и сурьмы, или индия и мышьяка, или галлия и фосфора, или индия и фосфора, при условиях, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой, таких как значение дозы ионов, равное от 1×1015 до 1×1017 см-2, и значение энергии, равное от 20 до 500 кэВ.Ions of a poorly soluble and easily segregating impurity, such as germanium or carbon ions, are implanted in the amorphous layer on the substrate, or ions of weakly soluble and easily segregating impurities, such as antimony and indium ions, or gallium and arsenic, or gallium and antimony, are implanted and arsenic, or gallium and phosphorus, or indium and phosphorus, under conditions providing a concentration of embedded impurity exceeding the theoretically possible solubility limit and leading to the formation of an epitaxial layer of a semiconductor at least in thickness one monolayer, such as an ion dose of 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm -2 , and an energy of 20 to 500 keV.
Отжиг проводят при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси или соединений имплантированных примесей, а именно при значении температуры отжига 500÷1100°С и его длительности 0,5÷100 часов.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer - amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the single-crystal semiconductor layer of the implanted impurity or compounds of implanted impurities, namely, at an annealing temperature of 500 ÷ 1100 ° С and its duration 0.5 ÷ 100 hours.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. На Фиг.1 схематично представлены основные стадии изготовления гетероструктуры: I - имплантация ионов водорода в полупроводниковую пластину, II - имплантация ионов слабо растворимых и легко сегрегирующих примесей в аморфный слой на подложке, III - сушка, соединение и сращивание полупроводниковой пластины и подложки, отслаивание тонкой пленки полупроводника в вакуумной камере или инертной атмосфере, IV - высокотемпературный отжиг подложки с аморфным слоем, подвергшимся имплантации, и отсеченным слоем полупроводника, сегрегация имплантированной в аморфный слой примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост полупроводникового слоя имплантированной примеси на границе раздела, где 1 - полупроводниковая пластина, 2 - слой полупроводниковой пластины, подвергшийся имплантации водорода, 3 - подложка, 4 - аморфный слой на подложке, 5 - глубина залегания имплантированных ионов примеси, 6 - отсеченный слой полупроводника, 7 - эпитаксиальный слой полупроводника из имплантированной примеси/примесей на границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой. На Фиг.2 показана доля германия, находящегося в нерегулярных позициях относительно узловых положений кремниевой матрицы в направлении (100), по данным измерений резерфордовского обратного рассеяния и каналирования ионов Не+ с энергией 1,7 МэВ в структурах, содержащих подложку кремния, аморфный слой, представляющий собой диэлектрик SiO2 толщиной 290 нм, подвергшийся имплантации ионов Ge+ с энергией 40 кэВ дозой 8×1015 см-2, отсеченный слой кремния толщиной 600 нм, полученных после отжига в атмосфере N2 в течение 30 минут при температурах 900°С (а) и 1100°С (б), где 8 - выход атомов германия в нерегулярных позициях в условиях максимально разориентированной кремниевой матрицы относительно тестирующего пучка Не+ для структур, подвергшихся отжигу при 900°С, 9 - выход атомов германия в нерегулярных позициях в условиях ориентированной кремниевой матрицы относительно тестирующего пучка He+ для структур, подвергшихся отжигу при 900°С, 10 - выход атомов германия в нерегулярных позициях в условиях максимально разориентированной кремниевой матрицы относительно тестирующего пучка Не+ для структур, подвергшихся отжигу при 1100°С, 11 - выход атомов германия в нерегулярных позициях в условиях ориентированной кремниевой матрицы относительно тестирующего пучка Не+ для структур, подвергшихся отжигу при 1100°С.The invention is illustrated by the following description and the accompanying figures. Figure 1 schematically shows the main stages of the fabrication of a heterostructure: I - implantation of hydrogen ions into a semiconductor wafer, II - implantation of ions of weakly soluble and easily segregating impurities into an amorphous layer on a substrate, III - drying, joining and splicing of a semiconductor wafer and substrate, peeling off a thin semiconductor films in a vacuum chamber or inert atmosphere, IV - high-temperature annealing of the substrate with the implanted amorphous layer and a semiconductor cut-off layer, segregation is implanted the cut off semiconductor layer — an amorphous layer and the epitaxial growth of the semiconductor layer of the implanted impurity at the interface, where 1 is a semiconductor wafer, 2 is a layer of a semiconductor wafer subjected to hydrogen implantation, 3 is a substrate, 4 is an amorphous layer on the substrate, 5 - the depth of the implanted impurity ions, 6 - severed semiconductor layer, 7 - semiconductor epitaxial semiconductor layer of the implanted impurity / impurities at the interface severed semiconductor kovy layer - amorphous layer. Figure 2 shows the proportion of germanium located in irregular positions relative to the nodal positions of the silicon matrix in the (100) direction, according to measurements of Rutherford backscattering and channeling of He + ions with an energy of 1.7 MeV in structures containing a silicon substrate, an amorphous layer, which is a 290 nm thick SiO 2 insulator, subjected to implantation of 40 keV Ge + ions with a dose of 8 × 10 15 cm -2 , a 600 nm thick cut-off silicon layer obtained after annealing in N 2 atmosphere for 30 minutes at 900 ° C (a) and 1100 ° C ( b), where 8 is the yield of germanium atoms in irregular positions under conditions of a maximally misoriented silicon matrix relative to the He + test beam for structures annealed at 900 ° С, 9 is the yield of germanium atoms in irregular positions under conditions of an oriented silicon matrix relative to the test beam He + for structures subjected to annealing at 900 ° C, 10 - exit germanium atoms in irregular positions in the conditions of maximum misoriented silicon matrix of the beam relative to the test structures for He +, podver shihsya annealed at 1100 ° C, 11 - exit germanium atoms in irregular positions in a silicon matrix oriented relative to the test He + beam for structures subjected to annealing at 1100 ° C.
В предлагаемом способе создание полупроводниковых эпитаксиальных гетероструктур с использованием ионной имплантации и прямого переноса базируется на физических закономерностях, определяющих процессы переноса полупроводниковых слоев, процессы сегрегации и кристаллизации имплантированных слабо растворимых примесей на границе раздела, а также на имеющихся экспериментальных данных.In the proposed method, the creation of semiconductor epitaxial heterostructures using ion implantation and direct transfer is based on physical laws that determine the transfer processes of semiconductor layers, the segregation and crystallization of implanted poorly soluble impurities at the interface, and also on the available experimental data.
В основе процессов переноса полупроводниковых слоев, включающих в себя низкотемпературное сращивание полупроводниковых пластин с одновременным переносом тонкой пленки, используется различие поверхностных энергий пар гидрофильных и гидрофобных поверхностей в различных температурных интервалах. В запатентованном техническом решении (патент РФ на изобретение №2217842 «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 пластин эта разница поверхностных энергий может достигать нескольких порядков величины, и поэтому первый этап создания полупроводниковых гетероструктур следует рассматривать как процесс соединения гидрофильных поверхностей (включающий сращивание полупроводниковых пластин) и разрыва гидрофобных поверхностей (водородно-индуцированный перенос тонкой пленки с образованием отсеченного слоя). Задачей первого этапа (Фиг.1, стадии I-III) предлагаемого способа изготовления гетероструктур является формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины.The transfer processes of semiconductor layers, including low-temperature splicing of semiconductor wafers with simultaneous transfer of a thin film, are based on the difference in surface energies of pairs of hydrophilic and hydrophobic surfaces in different temperature ranges. In a patented technical solution (RF patent for the invention No. 2217842 “Method for manufacturing a silicon-on-insulator structure” by V.P. Popov and I.E. Tyschenko), this feature was the basis for the creation of Si / SiO 2 / Si structures. Depending on the cleanliness of the fused surfaces of the wafers, this difference in surface energies can reach several orders of magnitude, and therefore, the first stage in the creation of semiconductor heterostructures should be considered as the process of joining hydrophilic surfaces (including fusion of semiconductor wafers) and breaking of hydrophobic surfaces (hydrogen-induced transfer of a thin film with the formation clipped layer). The task of the first stage (Fig. 1, stages I-III) of the proposed method for manufacturing heterostructures is to form on the substrate containing an amorphous layer on the working surface, a semiconductor layer cut off by hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer.
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 полупроводниковых пластин, является обеспечение предельно возможной чистоты поверхностей сращиваемых пластин, отсутствия физически адсорбированных примесей на исходных поверхностях и последующее проведение непосредственно самой гидрофилизации поверхностей пластин. После гидрофилизации 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 semiconductor wafers is to ensure the maximum possible cleanliness of the surfaces of the merged wafers, the absence of physically adsorbed impurities on the initial surfaces and the subsequent direct hydrophilization of the wafer surfaces themselves. After hydrophilization, the plates 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 пластины, предварительно формируют в слое полупроводника, подвергающемся имплантации водорода. Формирование таких поверхностей происходит путем образования в подвергшемся имплантации слое Х-Н-Н-Х связей за счет захвата водорода на растянутые и ослабленные Х-Х связи полупроводниковой матрицы, перпендикулярные поверхности. Для того чтобы обеспечить на глубине среднего проективного пробега ионов Rp двух гидрофобных (100) плоскостей с полным (100%) покрытием Х-Н-Н-Х связями при имплантации, обеспечивающей формирование отсеченного полупроводникового слоя, необходимы дозы ионов Н+, Н2 + 2×1016 см-2 и выше при их энергиях от 20 до 200 кэВ.Internal hydrophobic surfaces in adjacent atomic planes that are parallel to the wafer surface are preformed in a semiconductor layer undergoing hydrogen implantation. The formation of such surfaces occurs by the formation of bonds in the layer subjected to implantation, X-H-H-X bonds due to the capture of hydrogen on the stretched and weakened X-X bonds of the semiconductor matrix, perpendicular to the surface. In order to provide at the depth of the average projective range of R p ions two hydrophobic (100) planes with full (100%) coverage of X-H-H-X bonds during implantation, which ensures the formation of a cut-off semiconductor layer, doses of H + , H 2 ions are necessary + 2 × 10 16 cm -2 and higher at their energies from 20 to 200 keV.
Второй этап (Фиг.1, стадия IV) создания гетероструктур заключается в формировании полупроводникового слоя (см. Фиг.1, позиция 7), наличие которого в изготовленной структуре дает основание отнести ее к гетероструктурам. В основу реализации данного этапа положена способность примесей, обладающих низкой растворимостью в веществе, легко вытесняться в условиях высокотемпературных воздействий из исходной матрицы с последующей диффузией в окружающую среду или с последующей сегрегацией к имеющимся границам раздела. Например, как в случае с In, который, как и Ga, легко сегрегирует к границе раздела Si/SiO2 и быстро диффундирует при температуре 1000°С (D.A.Antoniadis and I. Moskowitz. Diffusion of indium in silicon inert and oxidizing ambients. J. Appl. Phys. v.53, no.12, p.p.9214-9216, (1982)), в случае с ускоренной диффузией ионно-имплантированного Ge в SiO2 с его последующей сегрегацией к границе раздела между термическим окислом и кремниевой подложкой с образованием тонкого слоя (J. Von Borany, R.Grötzschel, К.Н.Heinig, A.Markwitz, W.Matz, В.Schmidt, W.Skorupa. Multimodal impurity redistribution and nanocluster formation in Ge implanted silicon dioxide films. Appl. Phys. Lett. v.71, no.22, p.p.3215-3217, (1997), а также L.Rebohle, I.E.Tyschenko, J. von Borany, B.Schmidt, R.Grötzschel, A.Markwitz, R.A.Yankov, H.Fröb, W.Skorupa. Strong blue and violet light emission from silicon- and germanium-implanted silicon dioxide films. Mater. Res. Soc. Symp. Proc., v.486, p.p.175-180, (1998)).The second stage (Figure 1, stage IV) of creating heterostructures consists in the formation of a semiconductor layer (see Figure 1, position 7), the presence of which in the fabricated structure gives reason to attribute it to heterostructures. The basis for the implementation of this stage is the ability of impurities with low solubility in a substance to be easily displaced under high-temperature influences from the initial matrix, followed by diffusion into the environment or with subsequent segregation to existing interfaces. For example, as in the case of In, which, like Ga, easily segregates to the Si / SiO 2 interface and quickly diffuses at a temperature of 1000 ° C (DA Antoniadis and I. Moskowitz. Diffusion of indium in silicon inert and oxidizing ambients. J. Appl. Phys. V.53, no.12, pp9214-9216, (1982)), in the case of accelerated diffusion of ion-implanted Ge in SiO 2 with its subsequent segregation to the interface between the thermal oxide and the silicon substrate with the formation of a thin layer (J. Von Borany, R. Grötzschel, K. N. Heinig, A. Markwitz, W. Matz, B. Schmidt, W. Skorupa. Multimodal impurity redistribution and nanocluster formation in Ge implanted silicon dioxide films. Appl. Phys. Lett .v.71, no.22, pp3215-3217, (1997), as well as L. Rebohle, IETysche nko, J. von Borany, B. Schmidt, R. Grötzschel, A. Markwitz, RAYankov, H. Fröb, W. Skorupa. Strong blue and violet light emission from silicon- and germanium-implanted silicon dioxide films. Mater. Res. Soc. Symp. Proc., V. 486, pp. 175-180, (1998)).
Несмотря на то что механизм протекания данных процессов до сих пор остается невыясненным, показано, что определяющими их эффективность параметрами являются концентрация внедренной примеси (она должна превышать теоретически возможный предел растворимости) и температура термического воздействия. Во всех исследуемых случаях температура отжига обеспечивает условие, когда энергия связи между внедренной примесью и атомами матрицы слабее, чем энергия связи между собственными атомами матрицы. При этом собственные атомы матрицы замещают внедренную примесь в связующих состояниях с последующим вытеснением ее на границу раздела или в окружающую среду, где она имеет больший коэффициент растворимости.Despite the fact that the mechanism of these processes still remains unclear, it has been shown that the parameters determining their effectiveness are the concentration of the introduced impurity (it should exceed the theoretically possible solubility limit) and the temperature of the thermal effect. In all the cases under study, the annealing temperature provides the condition when the binding energy between the introduced impurity and matrix atoms is weaker than the binding energy between the intrinsic atoms of the matrix. In this case, the matrix’s own atoms replace the introduced impurity in binding states, followed by its displacement to the interface or to the environment, where it has a higher solubility coefficient.
В предлагаемом способе создания полупроводниковых гетероструктур используют комбинации сред, когда внедряемая среда, в качестве которой выступают имплантированные ионы, имеет низкую растворимость, например, как в случае Ge в SiO2, или In в SiO2, или Ga в SiO2, или As в SiO2 и т.д. Это обеспечивает сегрегацию имплантированной примеси к границе раздела с отсеченным слоем, перенесенным с полупроводниковой кристаллической пластины при высокотемпературной обработке. Наличие данной монокристаллической среды с низким коэффициентом растворимости внедренной примеси способно обеспечить не только накопление ее на границе раздела, но и эпитаксиальную кристаллизацию. Механизм этого процесса остается также до сих пор не исследованным, хотя экспериментальные данные, подтверждающие его возможность, существуют (D.Fathy, О.W.Holland, С.W.White. Formation of epitaxial layers of Ge on Si substrates by Ge implantation and oxidation. Applied Physics Letters, v.51, (1987), p.p.1337-1339). В подтверждение существования указанного процесса, который является одним из основополагающих заявляемого способа изготовления гетероструктур, авторы приводят полученные ими данные (см. Фиг.2).In the proposed method for creating semiconductor heterostructures, combinations of media are used when the introduced medium, which is implanted ions, has low solubility, for example, as in the case of Ge in SiO 2 , or In in SiO 2 , or Ga in SiO 2 , or As in SiO 2 etc. This ensures the segregation of the implanted impurity to the interface with the cut-off layer transferred from the semiconductor crystalline plate during high-temperature processing. The presence of this single-crystal medium with a low solubility coefficient of the embedded impurity can provide not only its accumulation at the interface, but also epitaxial crystallization. The mechanism of this process also remains unexplored until now, although experimental data confirming its possibility exist (D.Fathy, O.W. Holland, C.W. White. Formation of epitaxial layers of Ge on Si substrates by Ge implantation and oxidation. Applied Physics Letters, v. 51, (1987), pp1337-1339). In confirmation of the existence of this process, which is one of the fundamental of the proposed method for the manufacture of heterostructures, the authors cite the data they obtained (see Figure 2).
На основе изложенных физических представлений достижение технического результата обеспечивается реализацией следующих стадий (см. Фиг.1):Based on the stated physical concepts, the achievement of a technical result is ensured by the implementation of the following stages (see Figure 1):
1. В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией водорода на полупроводниковой пластине 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 (I стадия. Фиг.1).1. Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide can be grown on the semiconductor wafer 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 (I stage. Figure 1).
2. В подложку осуществляют имплантацию ионов. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси или слабо растворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. В качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем в качестве аморфного слоя, а условия имплантации, обеспечивающие концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой, таковы, что величина дозы ионов равна от 1×1015 до 1×1017 см-2, а величина энергии от 20 до 500 кэВ. В качестве ионов слабо растворимой и легко сегрегирующей примеси используют ионы германия или углерода, или имплантируют ионы слабо растворимых и легко сегрегирующих примесей, таких как ионы сурьмы и индия, или галлия и мышьяка, или галлия и сурьмы, или индия и мышьяка, или галлия и фосфора, или индия и фосфора (II стадия, Фиг.2).2. The implantation of ions is carried out in the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of a poorly soluble and easily segregating impurity or weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate under implantation conditions that provide a concentration of the incorporated impurity that exceeds the theoretically possible solubility limit and leads to the formation of an epitaxial semiconductor layer at least one monolayer thick. A silicon wafer with a dielectric layer as an amorphous layer is also used as a substrate, and implantation conditions providing an embedded impurity concentration exceeding the theoretically possible solubility limit and leading to the formation of an epitaxial semiconductor layer of at least one monolayer thickness are such that the ion dose is equal to from 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm -2 , and the energy value from 20 to 500 keV. As ions of a poorly soluble and easily segregating impurity, germanium or carbon ions are used, or ions of weakly soluble and easily segregating impurities, such as antimony and indium ions, or gallium and arsenic, or gallium and antimony, or indium and arsenic, or gallium, are implanted. phosphorus, or indium and phosphorus (stage II, Figure 2).
3. После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя при условиях, обеспечивающих водородно-индуцированный перенос его с полупроводниковой пластины, и заканчивают первый этап реализации предлагаемого способа. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением, а также и предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей, проводят при варьировании температуры 80÷450°С длительностью процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 101÷103 Па или в сочетании с использованием инертной сухой атмосферы (III стадия. Фиг.1).3. After these operations, they form on a substrate containing an amorphous layer on the working surface, a severed semiconductor layer under conditions that ensure hydrogen-induced transfer from the semiconductor wafer, and complete the first stage of the implementation of the proposed method. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination, as well as drying prior to the connection after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out with a temperature variation of 80 ÷ 450 ° C for a duration of 0.1 to 100 hours, in a chamber with a vacuum of 10 1 ÷ 10 3 Pa or in combination with an inert dry atmosphere (stage III. Figure 1).
4. Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси или соединений имплантированных примесей. Условиями отжига являются поддерживание температуры и длительности, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси или соединений имплантированных примесей, а именно величин температур отжига 500÷1100°С, его длительности 0,5÷100 часов (IV стадия. Фиг.1).4. Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the single crystal semiconductor layer of the implanted impurity or compounds of implanted impurities. Annealing conditions are maintenance of temperature and duration, which together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the single-crystal semiconductor layer of the implanted impurity or compounds of implanted impurities, namely, the annealing temperatures 500 ÷ 1100 ° C, its duration 0.5 ÷ 100 hours (IV stage. Figure 1).
Основное отличие предлагаемого способа заключается в осуществлении в аморфный слой на подложке, выполняющий роль аморфной матрицы, имплантации ионов слабо растворимых и легко сегрегирующих примесей и последующем перенесении на аморфный слой на подложке монокристаллического полупроводникового слоя с другой пластины, играющего роль затравки для последующего эпитаксиального роста, при этом граница раздела между ним и аморфным слоем является местом эпитаксиального роста полупроводникового слоя, в результате которого формируется гетероструктура. Путем осуществления имплантации участвующих в формировании гетерослоя ионов примесей именно в аморфный слой на подложке устраняется возможность разупорядочения и аморфизации кристаллической затравки (перенесенного отсеченного полупроводникового слоя) и подложки, устраняются напряжения несоответствия, возникающие при эпитаксиальном росте полупроводниковых пленок с постоянной решетки, отличающейся от постоянной решетки подложки, появляется возможность наращивать толщину внутреннего эпитаксиального слоя (см. Фиг.1, стадия IV, позиция 7) за счет релаксации отсеченного полупроводникового слоя (затравки), или при удалении отсеченного полупроводникового слоя (затравки) удается обеспечить отсутствие введения напряжений несоответствия между выращенным на границе раздела эпитаксиальным слоем и подложкой.The main difference of the proposed method lies in the implementation of the amorphous layer on the substrate, acting as an amorphous matrix, implantation of ions of weakly soluble and easily segregating impurities and subsequent transfer to the amorphous layer on the substrate of a single-crystal semiconductor layer from another wafer, which acts as a seed for subsequent epitaxial growth, In this case, the interface between it and the amorphous layer is the site of epitaxial growth of the semiconductor layer, as a result of which the gete ostruktura. By implanting the impurity ions involved in the formation of the heterolayer precisely into the amorphous layer on the substrate, the possibility of disordering and amorphization of the crystal seed (transferred cut-off semiconductor layer) and the substrate is eliminated, the mismatch stresses arising from the epitaxial growth of semiconductor films from a lattice constant different from the constant lattice of the substrate are eliminated , it becomes possible to increase the thickness of the inner epitaxial layer (see Figure 1, stage IV, position 7) due to the relaxation of the clipped semiconductor layer (seed), or when the clipped semiconductor layer (seed) is removed, it is possible to ensure that there is no introduction of mismatch voltages between the epitaxial layer grown at the interface and the substrate.
В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации заявляемого способа, приводим нижеследующие примеры.As information confirming the possibility of implementing the proposed method, we give the following examples.
Пример 1.Example 1
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией H2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of
В подложку осуществляют имплантацию ионов Ge+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимой и легко сегрегирующей примеси, при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов Ge+ равна 8×1015 см-2, а энергия 40 кэВ.The implantation of Ge + ions is carried out in the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of a poorly soluble and easily segregating impurity are implanted in the amorphous layer on the substrate, 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of Ge + ions is 8 × 10 15 cm -2 and the energy is 40 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 450°С в течение 0,5 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 103 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 450 ° C for 0.5 hours, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 3 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси германия до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя толщиной порядка 13 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1100°С в течение 0,5 часа. В конечном результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 13 монослоев Ge, 0,28 мкм SiO2 на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer - amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the single-crystal semiconductor layer of the implanted germanium impurity until a crystalline uniform thin epitaxial layer with a thickness of about 13 monolayers is formed that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1100 ° C for 0.5 hours. In the end result, we have a structure free from dislocation and misfit defects, containing 0.6 μm Si, 13 Ge monolayers, 0.28 μm SiO 2 on a Si substrate.
Пример 2.Example 2
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией Н2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of silicon oxide with a thickness of 50 nm is grown on a silicon wafer, through which implantation is carried out and which is removed after implantation. For implantation, hydrogen ions with an energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 are used .
В подложку осуществляют последовательно имплантацию ионов In+ и Sb+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов In+ равна 3×1015 см-2, а энергия 40 кэВ, доза ионов Sb+ равна 3×1015 см-2, а энергия 40 кэВ.The In + and Sb + ions are implanted sequentially into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of In + ions is 3 × 10 15 cm -2 and the energy is 40 keV, the dose of Sb + ions is 3 × 10 15 cm -2 and the energy is 40 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 350°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 102 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 350 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 2 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированных в аморфный слой на подложке примесей к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединений имплантированных примесей, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 500°С в течение 100 часов. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 5 монослоев InSb, 0,28 мкм SiO2 на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of impurities implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the semiconductor layer of the compounds of the implanted impurities, that is, in an inert nitrogen atmosphere, at a temperature of 500 ° C within 100 hours. As a result, we have a structure free of dislocation and misfit defects, containing 0.6 μm Si, 5 InSb monolayers, 0.28 μm SiO 2 on a Si substrate.
Пример 3.Example 3
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией Н+ на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 5 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 20 кэВ и дозой 4×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before H + implantation, a protective layer of silicon oxide 5 nm thick is grown on a silicon wafer, through which implantation is carried out and which is removed after implantation. For implantation using hydrogen ions with an energy of 20 keV and a dose of 4 × 10 16 cm -2 .
В подложку осуществляют имплантацию ионов Ge+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимой и легко сегрегирующей примеси, при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов Ge+ равна 1×1015 см-2, а энергия 20 кэВ.The implantation of Ge + ions is carried out in the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of a poorly soluble and easily segregating impurity are implanted in the amorphous layer on the substrate, 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of Ge + ions is 1 × 10 15 cm -2 and the energy is 20 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 200°С в течение 0,15 часа, в инертной сухой атмосфере, а также предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 101 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 200 ° C for 0.15 hours, in an inert dry atmosphere, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with ultrapure deionized water and removing excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 1 PA.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси германия до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя толщиной 1 монослой, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1000°С в течение 1 часа. В конечном результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,2 мкм Si, 1 монослой Ge, 0,28 мкм SiO2 на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer – amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the single-crystal semiconductor layer of the implanted germanium impurity until a crystalline uniform thin epitaxial layer 1 monolayer thick is formed, then eat in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1000 ° C for 1 hour. In the end result, we have a structure free from dislocation and mismatch defects, containing 0.2 μm Si, 1 Ge monolayer, 0.28 μm SiO 2 on a Si substrate.
Пример 4.Example 4
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией H2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 200 кэВ и дозой 1×1017 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of
В подложку осуществляют последовательно имплантацию ионов In+ и Sb+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов In+ равна 4×1015 см-2, а энергия 500 кэВ, доза ионов Sb+ равна 4×1015 см-2, а энергия 500 кэВ.The In + and Sb + ions are implanted sequentially into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of In + ions is 4 × 10 15 cm -2 and the energy is 500 keV, the dose of Sb + ions is 4 × 10 15 cm -2 and the energy is 500 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 350°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 101 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 350 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 1 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированных в аморфный слой на подложке примесей к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединений имплантированных примесей до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя InSb толщиной порядка 10 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1000°С в течение 5 часов. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,7 мкм Si, 10 монослоев InSb, 0,28 мкм SiO2, на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of impurities implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth of compounds of implanted impurities at the indicated interface of the semiconductor layer until a crystalline uniform thin InSb epitaxial layer with a thickness of about 10 monolayers is formed, that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1000 ° C for 5 hours. As a result, we have a structure free of dislocation and misfit defects, containing 0.7 μm Si, 10 InSb monolayers, 0.28 μm SiO 2 , on a Si substrate.
Пример 5.Example 5
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией Н2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 120 кэВ и дозой 2×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of silicon oxide with a thickness of 50 nm is grown on a silicon wafer, through which implantation is carried out and which is removed after implantation. For implantation using hydrogen ions with an energy of 120 keV and a dose of 2 × 10 16 cm -2 .
В подложку осуществляют последовательно имплантацию ионов Ga+ и As+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов Ga+ равна 5×1015 см-2, а энергия 60 кэВ, доза ионов As+ равна 5×1015 см-2, а энергия 100 кэВ.The implantation of Ga + and As + ions is carried out sequentially into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of Ga + ions is 5 × 10 15 cm -2 and the energy is 60 keV, the dose of As + ions is 5 × 10 15 cm -2 and the energy is 100 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 350°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума в 102 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 350 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 2 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированных в аморфный слой на подложке примесей к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединений имплантированных примесей до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя GaAs толщиной порядка 13 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1000°С в течение 1 часа. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,5 мкм Si, 13 монослоев GaAs, 0,28 мкм SiO2, на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of impurities implanted in the amorphous layer on the substrate to the cutoff semiconductor layer – amorphous layer interface and epitaxial growth of compounds of implanted impurities at the indicated interface of the semiconductor layer until a crystalline uniform thin GaAs epitaxial layer with a thickness of about 13 monolayers is formed, that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1000 ° C for 1 hour. As a result, we have a structure free from dislocation and misfit defects, containing 0.5 μm Si, 13 GaAs monolayers, 0.28 μm SiO 2 , on a Si substrate.
Пример 6.Example 6
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией H2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of
В подложку осуществляют последовательно имплантацию ионов In+ и Р+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов In+ равна 4×1015 см-2, а энергия 60 кэВ, доза ионов Р+ равна 3×1015 см-2, а энергия 50 кэВ.The In + and P + ions are implanted sequentially into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of In + ions is 4 × 10 15 cm -2 and the energy is 60 keV, the dose of P + ions is 3 × 10 15 cm -2 and the energy is 50 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 350°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 101 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 350 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 1 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированных в аморфный слой на подложке примесей к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединений имплантированных примесей до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя InP толщиной порядка 13 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1000°С в течение 1 часа. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 13 монослоев InP, 0,28 мкм SiO2, на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of impurities implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth of the compounds of implanted impurities at the indicated interface of the semiconductor layer until a crystalline uniform thin InP epitaxial layer with a thickness of about 13 monolayers is formed, that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1000 ° C for 1 hour. As a result, we have a structure free of dislocation and mismatch defects, containing 0.6 μm Si, 13 InP monolayers, 0.28 μm SiO 2 , on a Si substrate.
Пример 7.Example 7
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией H2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of
В подложку осуществляют последовательно имплантацию ионов Ga+ и Р+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов Ga + равна 4×1015 см-2, а энергия 50 кэВ, доза ионов Р+ равна 4×1015 см-2, а энергия 50 кэВ.The implantation of Ga + and P + ions is carried out sequentially into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of Ga + ions is 4 × 10 15 cm -2 and the energy is 50 keV, the dose of P + ions is 4 × 10 15 cm -2 and the energy is 50 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 350°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 101 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 350 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 1 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированных в аморфный слой на подложке примесей к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединений имплантированных примесей до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя GaP толщиной порядка 13 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1000°С в течение 0,5 часа. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 13 монослоев GaP, 0,28 мкм SiO2, на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of impurities implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth of compounds of implanted impurities at the indicated interface of the semiconductor layer until a crystalline uniform thin GaP epitaxial layer with a thickness of about 13 monolayers is formed, that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1000 ° C for 0.5 hours. As a result, we have a structure free of dislocation and mismatch defects, containing 0.6 μm Si, 13 GaP monolayers, 0.28 μm SiO 2 , on a Si substrate.
Пример 8.Example 8
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией H2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of
В подложку осуществляют последовательно имплантацию ионов In+ и As+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов In+ равна 4×1015 см-2, а энергия 100 кэВ, доза ионов As+ равна 4×1015 см-2, а энергия 70 кэВ.The In + and As + ions are implanted sequentially into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of In + ions is 4 × 10 15 cm -2 and the energy is 100 keV, the dose of As + ions is 4 × 10 15 cm -2 and the energy is 70 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 350°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 103 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 350 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 3 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированных в аморфный слой на подложке примесей к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединений имплантированных примесей до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя InAs толщиной порядка 13 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1100°С в течение 0,5 часа. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 13 монослоев InAs, 0,28 мкм SiO2, на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of impurities implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth of compounds of implanted impurities at the indicated interface of the semiconductor layer until a crystalline uniform thin InAs epitaxial layer with a thickness of about 13 monolayers is formed, that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1100 ° C for 0.5 hours. As a result, we have a structure free of dislocation and mismatch defects, containing 0.6 μm Si, 13 InAs monolayers, 0.28 μm SiO 2 , on a Si substrate.
Пример 9.Example 9
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией Н2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of silicon oxide with a thickness of 50 nm is grown on a silicon wafer, through which implantation is carried out and which is removed after implantation. For implantation, hydrogen ions with an energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 are used .
В подложку осуществляют последовательно имплантацию ионов Ga+ и Sb+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов Ga+ равна 5×1015 см-2, а энергия 50 кэВ, доза ионов Sb+ равна 5×1015 см-2, а энергия 50 кэВ.The implantation of Ga + and Sb + ions is carried out sequentially into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of weakly soluble and easily segregating impurities are implanted in the amorphous layer on the substrate 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of Ga + ions is 5 × 10 15 cm -2 and the energy is 50 keV, the dose of Sb + ions is 5 × 10 15 cm -2 and the energy is 50 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 450°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 101 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of these operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 450 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removing excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 1 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированных в аморфный слой на подложке примесей к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединений имплантированных примесей до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя GaSb толщиной порядка 14 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1100°С в течение 0,5 часа. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 14 монослоев GaSb, 0,28 мкм SiO2, на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of impurities implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer — the amorphous layer and epitaxial growth of compounds of implanted impurities at the indicated interface of the semiconductor layer until a crystalline uniform thin GaSb epitaxial layer with a thickness of about 14 monolayers is formed, that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1100 ° C for 0.5 hours. As a result, we have a structure free of dislocation and mismatch defects, containing 0.6 μm Si, 14 GaSb monolayers, 0.28 μm SiO 2 , on a Si substrate.
Пример 10.Example 10
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Для имплантации используют ионы Н2 + с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. For implantation, H 2 + ions with an energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 are used .
В подложку осуществляют имплантацию ионов C+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимой и легко сегрегирующей примеси, при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов C+ равна 1×1017 см-2, а энергия 40 кэВ.C + ions are implanted into the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of a poorly soluble and easily segregating impurity are implanted in the amorphous layer on the substrate, 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of C + ions is 1 × 10 17 cm -2 and the energy is 40 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 450°С в течение 1 часа, а также и предшествующие соединению сушку при 200°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 101 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of the above operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 450 ° C for 1 hour, as well as drying prior to the connection at 200 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removing excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out in a chamber with a vacuum level of 10 1 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела полупроводникового слоя соединения имплантированной примеси с кремнием до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя SiC толщиной порядка 20 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1100°С в течение 0,5 часа. В результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,65 мкм Si, 20 монослоев SiC, 0,28 мкм SiO2, на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer - amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the semiconductor layer of the compound of the implanted impurity with silicon until a crystalline uniform thin SiC epitaxial layer with a thickness of about 20 is formed monolayers, that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1100 ° C for 0.5 hours. As a result, we have a structure free of dislocation and mismatch defects, containing 0.65 μm Si, 20 monolayers SiC, 0.28 μm SiO 2 , on a Si substrate.
Пример 11.Example 11
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией Н2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of silicon oxide with a thickness of 50 nm is grown on a silicon wafer, through which implantation is carried out and which is removed after implantation. For implantation, hydrogen ions with an energy of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 are used .
В подложку осуществляют имплантацию ионов Ge+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимой и легко сегрегирующей примеси, при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов Ge+ равна 8×1015 см-2, а энергия 40 кэВ.The implantation of Ge + ions is carried out in the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of a poorly soluble and easily segregating impurity are implanted in the amorphous layer on the substrate, 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of Ge + ions is 8 × 10 15 cm -2 and the energy is 40 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 300°С в течение 25 часов, а также и предшествующие соединению сушку при 80°С в течение 1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 101 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of the above operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 300 ° C for 25 hours, as well as drying prior to the connection at 80 ° C for 1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out in a chamber with a
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси германия до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя толщиной порядка 13 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1100°С в течение 0,5 часа. В конечном результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 13 монослоев Ge, 0,28 мкм SiO2 на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer - amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the single-crystal semiconductor layer of the implanted germanium impurity until a crystalline uniform thin epitaxial layer with a thickness of about 13 monolayers is formed that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1100 ° C for 0.5 hours. In the end result, we have a structure free from dislocation and misfit defects, containing 0.6 μm Si, 13 Ge monolayers, 0.28 μm SiO 2 on a Si substrate.
Пример 12.Example 12
В полупроводниковую пластину проводят обеспечивающую формирование отсеченного полупроводникового слоя имплантацию водорода. При этом в качестве полупроводниковой пластины используют пластину кремния. Перед имплантацией H2 + на кремниевой пластине выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода с энергией 140 кэВ и дозой 2,5×1016 см-2.Hydrogen implantation is carried out in a semiconductor wafer to ensure the formation of a clipped semiconductor layer. In this case, a silicon wafer is used as a semiconductor wafer. Before implantation of H 2 + , a protective layer of
В подложку осуществляют имплантацию ионов Ge+. Предварительно на подложке формируют аморфный слой, а затем в аморфный слой на подложке имплантируют ионы слаборастворимой и легко сегрегирующей примеси, при условиях имплантации, обеспечивающих концентрацию внедренной примеси, превышающую теоретически возможный предел растворимости и приводящую к формированию эпитаксиального слоя полупроводника толщиной хотя бы в один монослой. При этом в качестве подложки также используют пластину кремния с диэлектрическим слоем термически выращенного окисла кремния толщиной 280 нм в качестве аморфного слоя. Условия имплантации таковы, что доза ионов Ge+ равна 8×1015 см-2, а энергия 40 кэВ.The implantation of Ge + ions is carried out in the substrate. Preliminarily, an amorphous layer is formed on the substrate, and then ions of a poorly soluble and easily segregating impurity are implanted in the amorphous layer on the substrate, 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 epitaxial semiconductor layer with a thickness of at least one monolayer. Moreover, a silicon wafer with a dielectric layer of thermally grown silicon oxide 280 nm thick as an amorphous layer is also used as a substrate. The implantation conditions are such that the dose of Ge + ions is 8 × 10 15 cm -2 and the energy is 40 keV.
После указанных операций осуществляют формирование на подложке, содержащей на рабочей поверхности аморфный слой, отсеченного полупроводникового слоя посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины. Для осуществления этого сначала полупроводниковую пластину и подложку подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей. Затем полупроводниковую пластину соединяют с подложкой сторонами, которые подвергались всем указанным операциям, одновременно сращивают и расслаивают по полупроводниковой пластине, подвергшейся имплантации водорода, с образованием на аморфном слое на подложке отсеченного полупроводникового слоя. Соединение и одновременное сращивание с расслоением при температуре 300°С в течение 40 часов, а также и предшествующие соединению сушку при 300°С в течение 0,1 часа после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят в камере с уровнем вакуума 102 Па.After these operations, a cut-off semiconductor layer is formed on a substrate containing on the working surface an amorphous layer by means of hydrogen-induced transfer from a semiconductor wafer. To do this, first, the semiconductor wafer and the substrate are subjected to processing that ensures their splicing. This treatment includes cleaning and hydrophilizing surfaces. Then, the semiconductor wafer is connected to the substrate by the parties that have undergone all of the above operations, simultaneously spliced and layered over the hydrogen implanted semiconductor wafer to form a semiconductor layer with a clipped semiconductor layer on the substrate. Connection and simultaneous splicing with delamination at a temperature of 300 ° C for 40 hours, as well as drying prior to the connection at 300 ° C for 0.1 hour after washing with a jet of ultrapure deionized water and the removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces are carried out in a chamber with a vacuum level of 10 2 Pa.
Проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих сегрегацию имплантированной в аморфный слой на подложке примеси к границе раздела отсеченный полупроводниковый слой - аморфный слой и эпитаксиальный рост на указанной границе раздела монокристаллического полупроводникового слоя имплантированной примеси германия до образования кристаллического равномерного тонкого эпитаксиального слоя толщиной порядка 13 монослоев, то есть в инертной атмосфере азота, при температуре 1100°С в течение 0,5 часа. В конечном результате имеем структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si, 13 монослоев Ge, 0,28 мкм SiO2 на подложке Si.Annealing is carried out under conditions that together ensure the segregation of the impurity implanted in the amorphous layer on the substrate to the interface of the cut-off semiconductor layer - amorphous layer and epitaxial growth at the indicated interface of the single-crystal semiconductor layer of the implanted germanium impurity until a crystalline uniform thin epitaxial layer with a thickness of about 13 monolayers is formed that is, in an inert atmosphere of nitrogen, at a temperature of 1100 ° C for 0.5 hours. In the end result, we have a structure free from dislocation and misfit defects, containing 0.6 μm Si, 13 Ge monolayers, 0.28 μm SiO 2 on a Si substrate.
Таким образом, положительным эффектом предлагаемого способа изготовления полупроводниковых гетероструктур с использованием имплантации ионов слаборастворимых и легко сегрегирующих примесей в одну полупроводниковую пластину, водородно-индуцированного переноса полупроводникового слоя-затравки с другой полупроводниковой пластины и последующего высокотемпературного отжига является:Thus, the positive effect of the proposed method for the manufacture of semiconductor heterostructures using the implantation of ions of poorly soluble and easily segregating impurities in one semiconductor wafer, hydrogen-induced transfer of the semiconductor seed layer from another semiconductor wafer and subsequent high-temperature annealing is:
1. Отсутствие разупорядочения и аморфизации полупроводникового слоя-затравки для эпитаксиального роста полупроводникового гетерослоя, а также возможности формирования дислокации несоответствия в слоях, лежащих ниже области имплантации, в результате имплантации ионов примесей в аморфную пленку.1. The absence of disordering and amorphization of the semiconductor seed layer for epitaxial growth of the semiconductor heterolayer, as well as the possibility of the formation of a mismatch in the layers lying below the implantation region, as a result of implantation of impurity ions into the amorphous film.
2. Возможность использования в дальнейшем аморфного слоя (диэлектрика) в качестве разделяющего, поскольку имплантацию ионов проводят только в его тонкий приповерхностный слой, что, в общем, позволяет сохранить структурное совершенство.2. The possibility of using an amorphous layer (dielectric) in the future as a separating layer, since the implantation of ions is carried out only in its thin surface layer, which, in general, allows maintaining structural perfection.
3. Высокое структурное совершенство и однородность эпитаксиального гетерослоя полупроводника, за счет использования в качестве ориентирующего слоя высокосовершенного слоя кремния, перенесенного с другой пластины.3. High structural perfection and homogeneity of the epitaxial heterolayer of the semiconductor, due to the use of a highly perfect layer of silicon transferred from another plate as an orientation layer.
4. Возможность использования разделительного аморфного слоя (диэлектрика) между эпитаксиальным гетерослоем и монокристаллической подложкой для создания структур полупроводник-на-изоляторе путем удаления верхнего ориентирующего слоя полупроводника и последующего наращивания эпитаксиального слоя.4. The possibility of using a separating amorphous layer (dielectric) between the epitaxial heterolayer and a single crystal substrate to create semiconductor-on-insulator structures by removing the upper orienting layer of the semiconductor and the subsequent growth of the epitaxial layer.
5. Хорошая совместимость предлагаемого способа с другими технологическими методами, используемыми для создания многослойных гетероструктур на основе полупроводниковых материалов, такими как, например, жидко- и газофазная эпитаксия, молекулярно-лучевая эпитаксия и прямое сращивание.5. Good compatibility of the proposed method with other technological methods used to create multilayer heterostructures based on semiconductor materials, such as, for example, liquid and gas phase epitaxy, molecular beam epitaxy and direct fusion.
Перечисленные достоинства обусловлены исключающей контакт между формирующимся эпитаксиальным слоем и монокристаллической подложкой имплантацией ионов примеси/примесей в аморфный слой, лежащий на подложке, а не в подложку, как в известных технических решениях.These advantages are due to the exclusion of contact between the formed epitaxial layer and the single crystal substrate by implantation of impurity / impurity ions into an amorphous layer lying on the substrate, and not into the substrate, as in the known technical solutions.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006103557/28A RU2301476C1 (en) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | Method for heterostructure manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006103557/28A RU2301476C1 (en) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | Method for heterostructure manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2301476C1 true RU2301476C1 (en) | 2007-06-20 |
Family
ID=38314433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006103557/28A RU2301476C1 (en) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | Method for heterostructure manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2301476C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455441C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-10 | Дмитрий Александрович Исаев | Universal code lock with detachable coding mechanism |
RU2459060C1 (en) * | 2011-01-17 | 2012-08-20 | Дмитрий Александрович Исаев | Code lock with detachable coding mechanism |
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 |
-
2006
- 2006-02-08 RU RU2006103557/28A patent/RU2301476C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459060C1 (en) * | 2011-01-17 | 2012-08-20 | Дмитрий Александрович Исаев | Code lock with detachable coding mechanism |
RU2455441C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-10 | Дмитрий Александрович Исаев | Universal code lock with detachable coding mechanism |
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 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI711067B (en) | Method of depositing charge trapping polycrystalline silicon films on silicon substrates with controllable film stress | |
US7417297B2 (en) | Film or layer of semiconducting material, and process for producing the film or layer | |
US20180277421A1 (en) | Method of manufacturing high resistivity semiconductor-on-insulator wafers with charge trapping layers | |
US20170365506A1 (en) | Method of manufacturing high resistivity soi wafers with charge trapping layers based on terminated si deposition | |
JP7527425B2 (en) | Radio Frequency Silicon-on-Insulator Structure with Superior Performance, Stability and Manufacturability | |
WO2018106535A1 (en) | High resistivity silicon-on-insulator structure and method of manufacture thereof | |
US20060220127A1 (en) | Method for producing a tensioned layer on a substrate, and a layer structure | |
US20070173037A1 (en) | Method of transferring strained semiconductor structures | |
US9343303B2 (en) | Methods of forming low-defect strain-relaxed layers on lattice-mismatched substrates and related semiconductor structures and devices | |
KR20070051914A (en) | Method for manufacturing semiconductor wafer | |
US9209069B2 (en) | Method of manufacturing high resistivity SOI substrate with reduced interface conductivity | |
JPH10500254A (en) | Fabrication process of low dislocation density structure with oxide layer embedded in semiconductor substrate | |
JP3024584B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
US20050282358A1 (en) | Method for transferring an electrically active thin layer | |
RU2301476C1 (en) | Method for heterostructure manufacture | |
Matsunaga et al. | Silicon implantation in epitaxial GaN layers: Encapsulant annealing and electrical properties | |
TW201628051A (en) | Methods of forming strained epitaxial semiconductor material(s) above a strain-relaxed buffer layer | |
Di Cioccio et al. | III–V layer transfer onto silicon and applications | |
RU2368034C1 (en) | Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure | |
RU2498450C1 (en) | Method for making silicon-on-insulator structure | |
US11710803B2 (en) | Compliant silicon substrates for heteroepitaxial growth by hydrogen-induced exfoliation | |
RU2497231C1 (en) | Method for making silicon-on-insulator structure | |
KR102045989B1 (en) | Semiconductor device using interdiffusion and method for manufacturing the same | |
CN110875376B (en) | Epitaxial substrate and method for manufacturing same | |
JPH08102532A (en) | Manufacture of ion implantation substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200209 |