RU2390874C1 - Способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире - Google Patents
Способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390874C1 RU2390874C1 RU2009103051/28A RU2009103051A RU2390874C1 RU 2390874 C1 RU2390874 C1 RU 2390874C1 RU 2009103051/28 A RU2009103051/28 A RU 2009103051/28A RU 2009103051 A RU2009103051 A RU 2009103051A RU 2390874 C1 RU2390874 C1 RU 2390874C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ions
- silicon
- implantation
- hydrogen
- silicon layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к способам получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, и может быть использовано в электронной технике при изготовлении полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: в способе получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, включающем получение заготовки структуры кремния на сапфире, аморфизацию полученной структуры путем имплантации ионами, сохраняющими электрофизические свойства слоя кремния и последующую высокотемпературную обработку, имплантацию проводят дополнительно ионами водорода или его соединений с ионами элементов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния. Аморфизацию можно проводить или сначала ионами кремния, а затем ионами водорода, или сначала ионами водорода, а затем ионами кремния, или только ионами соединения водорода с элементами, сохраняющими электрофизические свойства слоя кремния. Техническим результатом изобретения является создание способа получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, позволяющего получать рекристаллизованный слой с улучшенными свойствами при уменьшении энергии и дозы имплантации ионов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния. 3 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к способам получения эпитаксиальных структур кремния на сапфире, и может быть использовано в электронной технике при изготовлении полупроводниковых приборов.
Известно, что структуры кремний на сапфире (КНС) получают способом эпитаксиального осаждения из газовой фазы (см. Козлов Ю.Ф., Зотов В.В. Структуры кремния на сапфире: технология, свойства, методы контроля, применение. - М.: МИЭТ, 2004. - 140 с.; Rolfs С., Trautvetter Н.Р., Rodney W.S., Cristoloveanu S. Silicon films on sapphire // Rep.Prog. Phys. 1987. Vol.50. №3. P.327-311).
Недостатками известного способа являются: «островковый» рост на начальном этапе, несоответствие параметров решеток Si и Al2O3, разница в коэффициентах термического расширения кремния и сапфира и т.п., все это дает ограничения структурного совершенствования эпитаксиального слоя и его минимальной толщины.
В настоящее время в мире широко распространены подложки КНС с толщиной эпитаксиального Si-слоя ~3000Å.
Развитие микроэлектроники требует уменьшения толщины кремниевого слоя КНИ - структур (кремний на изоляторе) (для увеличения быстродействия, плотности упаковки электронных приборов и т.п.), а возможности известного способа эпитаксиального осаждения практически полностью исчерпаны, поэтому необходимы другие способы, улучшающие структурное совершенство эпитаксиального кремниевого слоя, при уменьшении его толщины.
Наибольшее распространение получил способ получения гетероэпитаксиальных структур, использующий способ твердофазной рекристаллизации (US №4588447).
В известном способе эпитаксиальный слой КНС-структуры аморфизацию проводят путем имплантации ионов кремния, при этом тонкий поверхностный слой не аморфизируют, и он является «затравкой» для твердофазной рекристаллизации всего Si-слоя при последующей высокотемпературной обработке.
Рекристаллизованная область в большей своей части структурно более совершенна, чем затравочный материал.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, включающий получение заготовки структуры кремния на сапфире, аморфизацию полученной структуры путем имплантации ионами, сохраняющими электрофизические свойства слоя кремния (Si, О, С, F) и последующую высокотемпературную обработку (US №5416043).
В известном способе высокотемпературную обработку проводят в окислительной атмосфере, что приводит к окислению кремниевого слоя, а при стравливании образовавшегося окисла происходит утонение эпитаксиального слоя.
Однако известный способ обладает рядом недостатков:
- использование большой энергии при имплантации ионов кремния;
- большая доза имплантации.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание способа получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, позволяющего получать рекристаллизованный слой с улучшенными свойствами при уменьшении энергии и дозы имплантации ионов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, включающего получение заготовки структуры кремния на сапфире, аморфизацию полученной структуры путем имплантации ионами, сохраняющими электрофизические свойства слоя кремния и последующую высокотемпературную обработку, в котором, согласно изобретению, имплантацию дополнительно проводят ионами водорода или его соединений с ионами элементов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния.
Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить энергию и дозу имплантации ионов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния, соответственно, энергию больше чем 25%, а дозу имплантации на 50% без ухудшения качества рекристаллизованного слоя.
Использование в качестве ионов соединения водорода Н и ионов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния SixHy, ОН, СxНУ, HF позволяет проводить одновременно аморфизацию и введение водорода.
Водород дополнительно вводится для получения более совершенной структуры слоя кремния, при этом происходит более эффективное залечивание технологических и получившихся в ходе имплантации радиационных дефектов.
Проведение аморфизации имплантацией сначала ионами Si, С, О, F, а затем ионами водорода или сначала имплантация ионов водорода, а затем аморфизация ионами Si, С, О, F, или одновременное облучение ионами Si, С, О, F и ионами водорода позволяет изменить очередность введения аморфизирующих элементов и водорода, но в структурном отношении получить такое же качество слоя кремния.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному способу получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки достаточно для практического осуществления изобретения.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующими примерами выполнения способа.
Для предлагаемого способа является не существенным признаком, каким способом была получена заготовка КНС-структуры. Из патентной литературы известны способы их получения, и авторы на их новизну не претендуют (патент RU №2185685).
В качестве исходной заготовки КНС-структуры используют структуру с толщиной эпитаксиального слоя 3000 Å.
Аморфизацию в предлагаемом способе можно проводить или сначала ионами Si, С, О, F, а затем вводить водород, или сначала имплантировать водород, а затем ионы Si, С, О, F, или одновременно используя ионы SixHy, ОН, СхНу, HF.
Выбор условий аморфизации зависит от технологических возможностей и на достигаемый технический результат не влияет.
Пример 1. Рассмотрим процесс аморфизации путем одновременной имплантации ионами Si+(66%) и SiH+(34%).
Параметры имплантации:
Энергия - 150 кэВ;
Доза - 6,0·1014 1/см2
Температура - 0°С
Облученные образцы подвергают высокотемпературной обработке, например двухстадийному отжигу:
1 стадия нагрев 550°С и выдержка 0,5 часа
2 стадия нагрев 1000°С и выдержка 1 час.
Отжиг проводили как в инертной, так и в окислительной среде. При отжиге в окислительной среде происходит утонение эпитаксиального слоя до толщины 900÷1000 Å.
Оценку кристаллического совершенства структур КНС производили методом высокоразрешающей двухкристальной рентгеновской дифрактометрии на спектрометре ДРОН-3М.
Ширина рентгеновской кривой качания (FWHM) характеризует кристаллографическое совершенство кремниевого слоя КНС-структуры.
FWHM исходной заготовки 1600 угл.сек.
После использования предлагаемого способа для получившихся структур КНС с толщинами слоя Si - 3000 Å и 1000 Å величина FWHM составляет ~620 угл.сек.
Пример 2.Рассмотрим процесс аморфизации путем имплантации сначала ионами Si+ а затем имплантацию ионов Н+.
Параметры имплантации:
Энергия - 150 кэВ для Si и 10 кэВ Н+
Доза - 6,5·1014 1/см2 для Si+ и 1,5·1014 1/cм2 Н+
Температура - 0°С
Облученные образцы подвергают высокотемпературной обработке, например двухстадийному отжигу:
1 стадия нагрев 600°С и выдержка 0,5 часа
2 стадия нагрев 1000°С и выдержка 1,0 час.
Отжиг проводили как в окислительной, так и в инертной среде. При отжиге в окислительной среде происходит утонение эпитаксиального слоя до толщины 900-1000 Å.
Оценку кристаллического совершенства структур КНС производят методом высокоразрешающей двухкристальной рентгеновской дифрактометрии на спектрометре ДРОН-3М.
Ширина рентгеновской кривой качания (FWHM) характеризует кристаллографическое совершенство кремниевого слоя КНС-структуры.
FWHM исходной заготовки 1600 угл.сек.
После использования предлагаемого способа для получившихся структур КНС с толщинами слоя Si - 3000 Å и 1000 Å величина FWHM составляет ~620 угл.сек.
Пример 3. Рассмотрим процесс аморфизации сначала ионами кислорода, а затем имплантацию ионов водорода. Параметры имплантации:
Энергия имплантации O+ - 90 кэВ; Н+ - 10 кэВ.
Доза имплантации 6·1014 О+/см2+1,5·1014 Н+/см2
Температура имплантации: -150°С (130 К)
Облученные образцы подвергают высокотемпературной обработке, например, двухстадийному отжигу:
1 стадия нагрев 600°С и выдержка 0,5 часа
2 стадия нагрев 1000°С и выдержка 1,0 час.
Отжиг проводили как в окислительной, так и в инертной среде. При отжиге в окислительной среде происходит утонение эпитаксиального слоя до толщины 900÷1000 Å.
Оценку кристаллического совершенства структур КНС производят методом высокоразрешающей двухкристальной рентгеновской дифрактометрии на спектрометре ДРОН-3М.
Ширина рентгеновской кривой качания (FWHM) характеризует кристаллографическое совершенство кремниевого слоя КНС-структуры.
FWHM исходной заготовки 1600 угл.сек.
После использования предлагаемого способа для получившихся структур КНС с толщинами слоя Si - 3000 Å и 1000 Å величина FWHM составляет ~700 и 750 угл.сек. соответственно.
Claims (4)
1. Способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире, включающий получение заготовки структуры кремния на сапфире, аморфизацию полученной структуры путем имплантации ионами, сохраняющими электрофизические свойства слоя кремния и последующую высокотемпературную обработку, отличающийся тем, что имплантацию проводят дополнительно ионами водорода или его соединений с ионами элементов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния.
2. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что аморфизацию проводят или сначала ионами кремния, а затем ионами водорода, или сначала ионами водорода, а затем ионами кремния, или только ионами соединения водорода с элементами, сохраняющими электрофизические свойства слоя кремния.
3. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в качестве ионов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния, используют или ионы кремния Si, или ионы кислорода О, или ионы углерода С, или ионы фтора F.
4. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в качестве ионов, соединения водорода Н и ионов, сохраняющих электрофизические свойства слоя кремния, используют SixHy, ОН, СXНУ, HF ионы водородсодержащих соединений кремния, кислорода, углерода, фтора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009103051/28A RU2390874C1 (ru) | 2009-01-30 | 2009-01-30 | Способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009103051/28A RU2390874C1 (ru) | 2009-01-30 | 2009-01-30 | Способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2390874C1 true RU2390874C1 (ru) | 2010-05-27 |
Family
ID=42680586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009103051/28A RU2390874C1 (ru) | 2009-01-30 | 2009-01-30 | Способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2390874C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2538352C1 (ru) * | 2013-06-11 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Способ изготовления структуры кремний-на-сапфире |
RU2539789C1 (ru) * | 2013-06-14 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова | Способ изготовления полупроводниковой структуры |
-
2009
- 2009-01-30 RU RU2009103051/28A patent/RU2390874C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2538352C1 (ru) * | 2013-06-11 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Способ изготовления структуры кремний-на-сапфире |
RU2539789C1 (ru) * | 2013-06-14 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова | Способ изготовления полупроводниковой структуры |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2004014856A (ja) | 半導体基板の製造方法及び半導体装置の製造方法 | |
Evans Jr et al. | Redistribution of Cr during annealing of 80Se‐implanted GaAs | |
EP0558554A1 (en) | Silicon-on-porous-silicon; method of production and material | |
JP2013056803A (ja) | β−Ga2O3系単結晶膜の製造方法 | |
RU2390874C1 (ru) | Способ получения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире | |
EP4283024A1 (en) | Method for manufacturing epitaxial wafer | |
Thomas et al. | A NEW MECHANISM FOR STACKING FAULT GENERATION IN EPITAXIAL GROWTH OF SILICON IN ULTRA‐HIGH VACUUM | |
RU2388108C1 (ru) | Способ изготовления полупроводникового прибора | |
RU2819702C1 (ru) | Способ изготовления тонкопленочного транзистора | |
JPH04330717A (ja) | 半導体膜の製造方法 | |
Camara et al. | Anomalous nucleation of crystals within amorphous germanium nanowires during thermal annealing | |
JPH06321690A (ja) | 半導体ダイヤモンド膜の形成方法及び処理方法 | |
RU2696356C1 (ru) | Способ изготовления тонкопленочного транзистора | |
RU2726904C1 (ru) | Способ изготовления полупроводникового прибора | |
RU2733924C1 (ru) | Способ изготовления сверхмелких переходов | |
RU2646422C1 (ru) | Способ изготовления полупроводниковой структуры | |
Alexandrov et al. | Crystalline quality improvement in silicon films on sapphire using recrystallization from the silicon-sapphire interface | |
KR101129513B1 (ko) | 실리콘적층 사파이어 박막의 제조방법 | |
US11538681B2 (en) | Epitaxy substrate and method of manufacturing the same | |
KR910008979B1 (ko) | 금속열처리에 의한 고품위 다결정실리콘 박막형성방법 | |
JP4031021B2 (ja) | 薄膜トランジスタの作製方法 | |
RU2586009C1 (ru) | Способ изготовления полупроводниковой структуры | |
RU2330349C1 (ru) | Способ изготовления полупроводникового прибора с низкой плотностью дефектов | |
RU2427941C1 (ru) | Способ получения сверхтонких пленок кремния на сапфире | |
JP2001110725A (ja) | ヘテロ構造半導体多層薄膜の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170131 |