RU2497231C1 - Method for making silicon-on-insulator structure - Google Patents

Method for making silicon-on-insulator structure Download PDF

Info

Publication number
RU2497231C1
RU2497231C1 RU2012115816/28A RU2012115816A RU2497231C1 RU 2497231 C1 RU2497231 C1 RU 2497231C1 RU 2012115816/28 A RU2012115816/28 A RU 2012115816/28A RU 2012115816 A RU2012115816 A RU 2012115816A RU 2497231 C1 RU2497231 C1 RU 2497231C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
insulating layer
amorphous insulating
substrate
layer
Prior art date
Application number
RU2012115816/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ида Евгеньевна Тысченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН)
Priority to RU2012115816/28A priority Critical patent/RU2497231C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2497231C1 publication Critical patent/RU2497231C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method for making silicon-on-insulator structure involves implantation to amorphous insulating SiO2 layer of a silicon substrate of ions of easily diffusing mixture removing irregular connections and saturating failed connections in SiO2 layer and/or at the boundary between SiO2 layer and surface layer of silicon - F+. A localisation area of implanted impurity is formed under conditions providing concentration of implemented impurity of not less than 0.05 at % and not more than 1 at %, which is sufficient for elimination of negative occurrences of irregular and failed connections, at doses of not less than 3×1014 cm-2 and less than 5×1015 cm-2. A silicon donor substrate is connected to SiO2 layer of the substrate and splicing is performed with formation of a surface silicon layer of the required thickness on SiO2, thus making silicon-on-insulator structure. Finally, annealing is performed under conditions providing diffusion of introduced impurity with removal of irregular connections and saturation of failed connections in SiO2 and/or at the boundary between SiO2 layer and SiO surface layer, at the temperatures of 700-1100°C, with duration of more than 0.5 hour, in inert atmosphere.
EFFECT: improving quality of the structure, enlarging application field of the method for creation of devices with increased stability to action of ionising emission.
12 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для создания современных приборных структур микро- и наноэлектроники, в частности многослойных полупроводниковых структур и многослойных структур полупроводник-диэлектрик при производстве сверх больших интегральных схем (СБИС) и других изделий полупроводниковой техники повышенной радиационной стойкости.The invention relates to semiconductor technology and can be used to create modern instrument structures of micro- and nanoelectronics, in particular multilayer semiconductor structures and multilayer semiconductor-dielectric structures in the manufacture of super large integrated circuits (VLSI) and other products of semiconductor technology with increased radiation resistance.

Известен способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе (патент США №5360752 на изобретение, МПК: 5 H01L 21/76), заключающийся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, после чего берут кремниевую подложку-донор, соединяют ее с изолирующим слоем подложки и проводят сращивание, осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, в завершение формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны кремниевой подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностного слоя кремния. В способе используют подложку из кремния. В качестве изолирующего слоя выполняют слой оксида кремния толщиной 350÷450 нм. Имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, в изолирующем слое проводят в два этапа в целях получения однородного распределения рекомбинационных центров; сначала осуществляют «глубокую» имплантацию, а затем «мелкую». Перед соединением и сращиванием проводят процедуру очистки. Осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, преимущественно при 800°C. В качестве имплантируемой примеси используют германий или мышьяк.A known method of manufacturing a silicon-on-insulator structure (US patent No. 5360752 for the invention, IPC: 5 H01L 21/76), which consists in taking a substrate with an insulating layer made on its surface, into which ions are implanted to form recombination centers gettering the impurity, after which they take the silicon donor substrate, connect it to the insulating layer of the substrate and carry out splicing, anneal in the temperature regime up to 850 ° C, finally form the surface layer of silicon of the required thickness, etching a non-planar face of the silicon donor substrate, pitting the donor substrate to the desired thickness of the surface silicon layer. The method uses a silicon substrate. As an insulating layer, a silicon oxide layer 350 to 450 nm thick is made. The implantation of ions to form recombination centers that getter the impurity in the insulating layer is carried out in two stages in order to obtain a uniform distribution of the recombination centers; First they carry out “deep” implantation, and then “shallow”. Before joining and splicing, a cleaning procedure is carried out. Carry out annealing in the temperature regime up to 850 ° C, mainly at 800 ° C. As implantable impurities use germanium or arsenic.

К недостаткам известного технического решения относится низкое качество структур кремний-на-изоляторе, ограничение технологической сферы применения - в частности, при создании СБИС с высокой радиационной стойкостью. Причины недостатков заключаются в следующем.The disadvantages of the known technical solutions include the low quality of the silicon-on-insulator structures, the limitation of the technological field of application - in particular, when creating VLSI with high radiation resistance. The reasons for the disadvantages are as follows.

Во-первых, используемые режимы имплантации увеличивают радиационную нагрузку на захороненный диэлектрик (изолирующий слой) структуры кремний-на-изоляторе, снижая тем самым качество диэлектрика.First, the implantation modes used increase the radiation load on the buried dielectric (insulating layer) of the silicon-on-insulator structure, thereby reducing the quality of the dielectric.

Во-вторых, используемые режимы имплантации обеспечивают большую дисперсию в распределении имплантированных ионов в диэлектрике, что ухудшает качество границы раздела между слоем оксида кремния и кремниевой подложкой.Secondly, the implantation modes used provide a large dispersion in the distribution of implanted ions in the dielectric, which impairs the quality of the interface between the silicon oxide layer and the silicon substrate.

В-третьих, использование рекомбинационных центров в оксиде кремния в качестве центров геттерирования примесных атомов снижает структурную однородность диэлектрического слоя и ведет к деградации его свойств.Third, the use of recombination centers in silicon oxide as gettering centers for impurity atoms reduces the structural uniformity of the dielectric layer and leads to the degradation of its properties.

В-четвертых, используемые режимы отжига, при температуре менее 850°C, снижают эффективность создаваемых структур кремний-на-изоляторе, зачастую делая их непригодными в имеющейся в настоящее время кремниевой технологии, использующей высокотемпературные режимы до ≥1000°C.Fourth, the annealing modes used, at temperatures below 850 ° C, reduce the efficiency of the created silicon-on-insulator structures, often making them unsuitable in current silicon technology using high-temperature conditions to ≥1000 ° C.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе (публикация №0652591 европейской заявки на изобретение, заявка №94116233.1 от 14.10.94 г., МПК: 6 H01L 21/76, опубл. 10.05.95 г., Бюл. 95/19), заключающийся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, после чего берут кремниевую подложку-донор, на ее поверхности выполняют изолирующий слой, соединяют подложку и кремниевую подложку-донор изолирующими слоями и проводят сращивание, далее осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, в завершение формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны кремниевой подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностного слоя кремния - от 70 до 100 нм. В способе используют подложку из кремния. В качестве изолирующего слоя выполняют слой оксида кремния толщиной 350-450 нм. Имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, в изолирующем слое подложки и подложки-донора проводят в два этапа в целях получения однородного распределения рекомбинационных центров; сначала осуществляют «глубокую» имплантацию, а затем «мелкую». Перед соединением и сращиванием проводят процедуру очистки. Осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°С, преимущественно при 800°С. В качестве имплантируемой примеси используют германий или мышьяк.As the closest analogue, a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure was selected (publication No. 0652591 of the European application for the invention, application No. 94116233.1 of 10/14/94, IPC: 6 H01L 21/76, publ. 05/10/95, Bull . 95/19), which consists in the fact that they take a substrate with an insulating layer made on its surface, into which ions are implanted to form recombination centers that getter an impurity, after which a silicon donor substrate is taken, an insulating layer is made on its surface, connected substrate and silicon donor substrate with the insulating layers and carry out splicing, then annealing in the temperature regime up to 850 ° C; finally, the surface layer of silicon of the required thickness is formed, etching the non-planar side of the silicon donor substrate, etching the donor substrate to the required thickness of the silicon surface layer - from 70 to 100 nm The method uses a silicon substrate. As the insulating layer, a silicon oxide layer 350 to 450 nm thick is made. The implantation of ions to form recombination centers that getter the impurity in the insulating layer of the substrate and the donor substrate is carried out in two stages in order to obtain a uniform distribution of recombination centers; First they carry out “deep” implantation, and then “shallow”. Before joining and splicing, a cleaning procedure is carried out. Carry out annealing in the temperature regime up to 850 ° C, mainly at 800 ° C. As implantable impurities use germanium or arsenic.

К недостаткам известного технического решения относится низкое качество структур кремний-на-изоляторе, ограничение технологической сферы применения - в частности, при создании СБИС с высокой радиационной стойкостью. Причины недостатков заключаются в следующем.The disadvantages of the known technical solutions include the low quality of the silicon-on-insulator structures, the limitation of the technological field of application - in particular, when creating VLSI with high radiation resistance. The reasons for the disadvantages are as follows.

Во-первых, используемые режимы имплантации увеличивают радиационную нагрузку на захороненный диэлектрик (изолирующие слои) структуры кремний-на-изоляторе, снижая тем самым качество диэлектрика.First, the implantation modes used increase the radiation load on the buried dielectric (insulating layers) of the silicon-on-insulator structure, thereby reducing the quality of the dielectric.

Во-вторых, используемые режимы имплантации обеспечивают большую дисперсию в распределении имплантированных ионов в диэлектрике, что ухудшает качество границы раздела между слоем оксида кремния и кремниевой подложкой.Secondly, the implantation modes used provide a large dispersion in the distribution of implanted ions in the dielectric, which impairs the quality of the interface between the silicon oxide layer and the silicon substrate.

В-третьих, использование рекомбинационных центров в оксиде кремния в качестве центров геттерирования примесных атомов снижает структурную однородность диэлектрического слоя и ведет к деградации его свойств.Third, the use of recombination centers in silicon oxide as gettering centers for impurity atoms reduces the structural uniformity of the dielectric layer and leads to the degradation of its properties.

В-четвертых, используемые режимы отжига, при температуре менее 850°C, снижают эффективность создаваемых структур кремний-на-изоляторе, зачастую делая их непригодными в имеющейся в настоящее время кремниевой технологии, использующей высокотемпературные режимы до ≥1000°C.Fourth, the annealing modes used, at temperatures below 850 ° C, reduce the efficiency of the created silicon-on-insulator structures, often making them unsuitable in current silicon technology using high-temperature conditions to ≥1000 ° C.

Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:

- повышение качества структуры кремний-на-изоляторе;- improving the quality of the structure of the silicon-on-insulator;

- расширение технологической сферы применения способа.- expansion of the technological scope of the method.

Технический результат достигается в способе изготовления структуры кремний-на-изоляторе, заключающемся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов, соединяют с изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, осуществляют отжиг, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, причем имплантацию проводят в аморфный изолирующий слой ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, затем проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, в финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.The technical result is achieved in a method for manufacturing a silicon-on-insulator structure, which consists in taking a substrate with an insulating layer made on its surface, into which the implantation of ions is carried out, connecting a silicon donor substrate to the insulating layer of the substrate, and splicing, annealing, form a surface layer of silicon of the required thickness, and implantation is carried out in an amorphous insulating layer of ions of easily diffusing impurities, removing irregular bonds and saturating dangling bonds in am the orphan insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface layer of silicon, with the formation of a localized region of the implanted impurity, under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, then the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and splicing, form the surface layer of silicon of the required thickness, annealing is carried out in the final, under conditions providing diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В способе в составе кремниевой подложки-донора выращивают слой окисла кремния.In the method, a silicon oxide layer is grown in the composition of the silicon donor substrate.

В способе в качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.In the method, a silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric as an amorphous insulating layer on its surface.

В способе для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки.In the method for forming a surface layer of silicon of the required thickness before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate in the donor substrate, a softened region is created at a desired distance from the working surface, thereby highlighting a cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to amorphous insulating layer of the substrate.

В способе разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода со значением энергии 20÷200 кэВ и дозы 2×1016÷1×1017 см-2.In the method, a softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by implanting hydrogen ions with an energy value of 20 ÷ 200 keV and a dose of 2 × 10 16 ÷ 1 × 10 17 cm -2 .

В способе перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.In the method, before the hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which the implantation is carried out and which is removed after implantation.

В способе в аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора.In the method, ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localization region of the implanted impurity, namely, ions fluoride.

В способе имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.%.In the method, implantation is carried out under conditions providing a concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.%.

В способе концентрацию внедренных ионов примеси не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% достигают при использовании доз имплантируемых ионов не менее 3×1014 см-2 и менее 5×1015 см-2.In the method, the concentration of embedded impurity ions of not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% Is achieved using doses of implantable ions of at least 3 × 10 14 cm -2 and less than 5 × 10 15 cm -2 .

В способе формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига, указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, от 20 до 50 кэВ.In the method, the formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface of the silicon layer transferred from the donor substrate to the surface layer of silicon, at a distance from the interface of the splicing equal to less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing, the specified due to implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of atoms impurity with said localization in an amorphous insulating layer, from 20 to 50 keV.

В способе проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом: подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя, после чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния, при этом 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 от 80 до 450°C, длительности процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 101÷103 Па или в сочетании с использованием инертной сухой атмосферы.In the method, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows: a donor substrate with a weakened zone created by implanting hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a localization region is formed implanted impurities, are subjected to processing ensuring their splicing, - cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, the working surface donor substrates, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer, after which the silicon donor substrate is connected to the substrate with the amorphous insulating layer by the parties to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate with the formation on the amorphous insulating layer of the substrate of the cut-off surface layer of silicon, while the connection and simultaneous splicing with delamination, as well as the preceding compound Drying after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out with temperature varying from 80 to 450 ° C, duration of procedures from 0.1 to 100 hours, in a chamber with vacuum 10 1 ÷ 10 3 Pa or combined with inert dry atmosphere.

В способе осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 700÷1100°C. длительности не менее 0,5 часа, а также наличии инертной атмосферы.In the method, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 700 ÷ 1100 ° C. duration of at least 0.5 hours, as well as the presence of an inert atmosphere.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The invention is illustrated by the following description and the accompanying figures.

На Фиг.1 схематически представлен процесс изготовления структуры кремний-на-изоляторе: I - формирование в кремниевой подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности разунрочненной зоны со структурными изменениями посредством имплантации ионов водорода, выделяющей отсеченный поверхностный слой кремния, переносимый на изолятор подложки, II - имплантация в аморфный изолирующий слой подложки ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, формирование области локализации имплантированной примеси на глубине залегания имплантированных ионов примеси. III - сушка с удалением избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, соединение и сращивание подложки и кремниевой подложки-донора с переносом отсеченного поверхностного слоя кремния на изолятор подложки в вакуумной камере или инертной атмосфере, IV - высокотемпературная обработка (отжиг) после получения отсеченного поверхностного слоя кремния на подложке с аморфным изолирующим слоем, подвергшимся имплантации, диффузия имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к границе раздела отсеченный поверхностный слой кремния - аморфный изолирующий слой и формирование дополнительных связей между атомами имплантированной примеси и атомами объема аморфного изолирующего слоя, а также между атомами имплантированной примеси и атомами аморфного изолирующего слоя и/или атомами кристаллического отсеченного поверхностного слоя кремния на границе раздела, где 1 - подложка-донор; 2 - разупрочненная зона; 3 - подложка; 4 - аморфный изолирующий слой; 5 - область локализации имплантированной примеси; 6 - отсеченный поверхностный слой кремния; 7 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи в аморфном изолирующем слое; 8 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и кристаллическим отсеченным поверхностным слоем кремния.Figure 1 schematically shows the process of manufacturing a silicon-on-insulator structure: I - the formation in the silicon substrate of the donor at the required distance from the working surface of the demarcated zone with structural changes by implantation of hydrogen ions, releasing a clipped surface layer of silicon transferred to the insulator of the substrate, II - implantation into the amorphous insulating layer of the substrate of ions of easily diffusing impurities capable of removing irregular bonds and saturating dangling bonds in the amorphous insulating layer and and at the interface between the amorphous insulating layer and the transferred silicon layer, the formation of the localized region of the implanted impurity at the depth of the implanted impurity ions. III - drying to remove excess physically adsorbed substances from surfaces, bonding and bonding of the substrate and the silicon donor substrate with the transfer of the clipped surface layer of silicon to the substrate insulator in a vacuum chamber or inert atmosphere, IV - high-temperature processing (annealing) after receiving the clipped surface layer of silicon on a substrate with an amorphous insulating layer that has undergone implantation, diffusion of the impurity implanted in the amorphous insulating layer to the interface of the cut-off surface layer silicon - an amorphous insulating layer and the formation of additional bonds between the atoms of the implanted impurity and the atoms of the volume of the amorphous insulating layer, as well as between the atoms of the implanted impurity and the atoms of the amorphous insulating layer and / or atoms of the crystalline cut off surface silicon layer at the interface, where 1 is the donor substrate ; 2 - softened zone; 3 - substrate; 4 - amorphous insulating layer; 5 - region of localization of the implanted impurity; 6 - cut off surface layer of silicon; 7 - atoms of an implanted and diffused impurity, forming bonds in an amorphous insulating layer; 8 — atoms of an implanted and diffused impurity, forming bonds at the interface between the amorphous insulating layer and the crystalline cut-off surface silicon layer.

На Фиг.2 представлены вольтамперные сток-затворные характеристики кольцевых транзисторов р-типа проводимости, изготовленных на основе структур кремний-на-изоляторе, при смещении между истоком и стоком +5 В, где 9 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем без имплантация в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния; 10 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем с имплантацией в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, а именно, ионов фтора с энергией 20 кэВ дозой 1×1015 см-2; 11 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем с имплантацией в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, а именно, ионов фтора с энергией 30 кэВ дозой 3×1015 см-2; 12 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем с имплантацией в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, а именно, ионов фтора с энергией 40 кэВ дозой 3×1015 см-2.Figure 2 shows the current-voltage drain-gate characteristics of p-type ring transistors made on the basis of silicon-on-insulator structures, with a bias between the source and drain of +5 V, where 9 is a curve for the case of using structures with an amorphous insulating layer without implantation of ions of easily diffusing impurities into it, capable of removing irregular bonds and saturating dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the transferred silicon layer; 10 is a curve for the case of using structures with an amorphous insulating layer with the implantation of ions of easily diffusing impurities that can remove irregular bonds and saturate dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the transferred silicon layer, namely, fluorine ions with an energy of 20 keV dose of 1 × 10 15 cm -2 ; 11 is a curve for the case of using structures with an amorphous insulating layer with the implantation of ions of easily diffusing impurities into it, capable of removing irregular bonds and saturating dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the transferred silicon layer, namely, fluorine ions with an energy of 30 keV dose of 3 × 10 15 cm -2 ; 12 is a curve for the case of using structures with an amorphous insulating layer with the implantation of ions of easily diffusing impurities into it, capable of removing irregular bonds and saturating dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the transferred silicon layer, namely, fluorine ions with an energy of 40 keV dose of 3 × 10 15 cm -2 .

Достижение технического результата в предлагаемом способе изготовления структуры кремний-на-изоляторе, использующем ионную имплантацию и прямой перенос на основе физических закономерностей, определяющих процессы переноса полупроводниковых слоев, базируется на физических закономерностях процесса диффузии имплантированных примесей к границе раздела, процесса ослабления и замещения паразитных связей в аморфном изолирующем слое и на границе раздела связями, формирующимися за счет взаимодействия с атомами имплантированной примеси (Фиг.1). В подтверждение правомерности физических представлений достижения технического результата приводятся экспериментальные данные (Фиг.2).The achievement of the technical result in the proposed method of manufacturing a silicon-on-insulator structure using ion implantation and direct transfer based on physical laws governing the transfer processes of semiconductor layers is based on the physical laws of the process of diffusion of implanted impurities to the interface, the process of weakening and substitution of parasitic bonds in amorphous insulating layer and at the interface by bonds formed due to interaction with atoms of the implanted impurity (Ф ig. 1). In confirmation of the legitimacy of physical representations of the achievement of a technical result, experimental data are given (Figure 2).

Как известно, процессы переноса полупроводниковых слоев, использующих низкотемпературное сращивание полупроводниковых пластин с одновременным переносом тонкой пленки, базируются на разнице поверхностных энергий пар гидрофильных и гидрофобных поверхностей в различных температурных интервалах. В запатентованном техническом решении (патент РФ №2217842 на изобретение «Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе» авторов Попова В.П. и Тысченко И.Е.) эта особенность была положена в основу создания структур Si/SiO2/Si. В зависимости от чистоты сращиваемых поверхностей пластин эта разница поверхностных энергий может достигать нескольких порядков величины. В широком смысле создание полупроводниковых гетероструктур следует рассматривать как процесс соединения гидрофильных поверхностей, включающий сращивание полупроводниковых пластин, и разрыва гидрофобных поверхностей - водородно-индуцированный перенос с формированием поверхностного слоя кремния требуемой толщины на одной из сращиваемых пластин. В связи с этим одной из задач при изготовлении структуры кремний-на-изоляторе по предлагаемому способу (Фиг.1, стадии I и III) является формирование на подложке 3, содержащей на рабочей поверхности аморфный изолирующий слой 4, отсеченного поверхностного слоя кремния 6 посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины, выполняющей функцию подложки-донора 1, в которой для осуществления переноса получена разупрочненная зона 2 со структурными изменениями посредством имплантации ионов водорода, созданы гидрофобные поверхности.As is known, the transfer processes of semiconductor layers using low-temperature splicing of semiconductor wafers with the 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 the patented technical solution (RF patent No. 2217842 for the invention “A method for manufacturing a silicon-on-insulator structure” by V.P. Popov and I.E. Tyschenko), this feature was the basis for creating Si / SiO 2 / Si structures. Depending on the purity of the fused surfaces of the plates, this difference in surface energies can reach several orders of magnitude. In a broad sense, the creation of semiconductor heterostructures should be considered as a process of joining hydrophilic surfaces, including splicing of semiconductor wafers, and rupture of hydrophobic surfaces - hydrogen-induced transfer with the formation of a silicon surface layer of the required thickness on one of the fused wafers. In this regard, one of the tasks in the manufacture of the silicon-on-insulator structure according to the proposed method (Fig. 1, stages I and III) is the formation on a substrate 3 containing on the working surface an amorphous insulating layer 4, a cut off surface layer of silicon 6 by means of hydrogen -induced transfer from a semiconductor wafer that acts as a donor substrate 1, in which, to carry out transfer, a softened zone 2 with structural changes through the implantation of hydrogen ions is obtained, hydrophobic surfaces.

При решении указанной задачи следует принять во внимание следующее. Параметрами, определяющими величину поверхностной энергии в любом случае, являются температура и высокое структурное качество поверхностей - качество соединяемых и сращиваемых поверхностей кремниевой подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4. В связи с этим, одним из главных требований, необходимых для достижения полного (100%) гидрофильного соединения полупроводниковых пластин, в частности, кремниевой подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4, является обеспечение предельно возможной чистоты поверхностей сращиваемых пластин, отсутствие физически адсорбированных примесей на исходных поверхностях и последующее проведение непосредственно самой гидрофилизации поверхностей пластин. После гидрофилизации кремниевой подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4 их следует просушить и удалить с поверхностей 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 solving this problem, the following should be taken into account. In any case, the parameters determining the surface energy are the temperature and the high structural quality of the surfaces — the quality of the joined and spliced surfaces of the silicon donor substrate 1 and substrate 3 with an amorphous insulating layer 4. In this regard, one of the main requirements necessary to achieve a complete (100%) hydrophilic connection of semiconductor wafers, in particular, a silicon donor substrate 1 and a substrate 3 with an amorphous insulating layer 4, is to ensure the highest possible cleanliness of the surface the rest of the fused plates, the absence of physically adsorbed impurities on the initial surfaces and the subsequent direct conduct of the very hydrophilization of the surfaces of the plates. After hydrophilization of the silicon donor substrate 1 and substrate 3 with an amorphous insulating layer 4, they should be dried and physically adsorbed substances removed from the surfaces, 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 получают в слое полупроводника при формировании в нем разупрочненной зоны 2, характеризующейся структурными изменениями, посредством имплантации ионов водорода. Формирование разупрочненной зоны 2 и, в частности, указанных гидрофобных 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 наличие двух гидрофобных (100) плоскостей с полным (100%) покрытием Х-Н-Н-Х связями при формировании разупрочненной зоны 2 посредством имплантации необходимы дозы ионов Н+, Н2+ от 2×1016 см-2 и выше при их энергиях от 20 до 200 кэВ. Формирование разупрочненной зоны 2 и гидрофобных поверхностей является началом формирования в изготавливаемой по предлагаемому способу структуре поверхностного слоя кремния требуемой толщины. Задание толщины происходит посредством выбора режима проведения ионной имплантации.Internal hydrophobic surfaces in adjacent atomic planes that are parallel to the wafer surface are preliminarily obtained in a semiconductor layer when a softened zone 2 is formed in it, characterized by structural changes, by implantation of hydrogen ions. The formation of a weakened zone 2 and, in particular, of the indicated hydrophobic surfaces occurs by the formation of bonds in the X-H-H-X layer undergoing implantation 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 ensure the presence of two hydrophobic (100) planes with full (100%) X-H-H-X bonds in the formation of a weakened zone 2 by implantation, doses of H + , H 2 + ions are required to ensure at the depth of the average projective range of ions R p from 2 × 10 16 cm -2 and higher at their energies from 20 to 200 keV. The formation of a weakened zone 2 and hydrophobic surfaces is the beginning of the formation of the required thickness in the structure of the silicon surface layer manufactured by the proposed method. The thickness is set by selecting the mode of ion implantation.

Далее, другой задачей при изготовлении структуры кремний на изоляторе, решение которой, собственно, и обеспечивает достижение технического результата, является устранение в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем кремния 6 избыточных нерегулярных связей, насыщение оборванных связей (Фиг.1, стадия II и IV). Решение задачи включает два действия - во-первых, проведение имплантации в аморфный изолирующий слой 4 легко диффундирующей примеси, способной вступать в реакцию с атомами матрицы и устранять дефекты структуры, как результат первого действия - получение области локализации имплантированной примеси 5 в аморфном изолирующем слое 4 (Фиг.1, стадия II), во-вторых, осуществление высокотемпературной обработки (отжига), обеспечивающей протекание диффузии внедренной примеси в аморфный изолирующий слой 4, как результат второго действия - диффузия примеси к границам раздела, в частности, между аморфным изолирующим слоем 4 и отсеченным поверхностным слоем кремния 6 с насыщением оборванных связей и устранением паразитных нерегулярных связей за счет взаимодействия атомов внедренной примеси с указанными структурными дефектами (Фиг.1, стадия IV).Further, another task in the manufacture of the silicon structure on the insulator, the solution of which, in fact, ensures the achievement of the technical result, is to eliminate in the amorphous insulating layer 4 located on the substrate 3 and at the interfaces between the latter and the cut-off silicon surface layer 6 excessive irregular bonds, saturation of dangling bonds (Figure 1, stage II and IV). The solution of the problem involves two actions - firstly, the implantation of an easily diffusing impurity into the amorphous insulating layer 4, capable of reacting with matrix atoms and eliminating structural defects, as a result of the first step, obtaining the localized region of the implanted impurity 5 in the amorphous insulating layer 4 ( 1, stage II), secondly, the implementation of high-temperature processing (annealing), ensuring the flow of diffusion of the embedded impurities in the amorphous insulating layer 4, as a result of the second action - diffusion when hast to the interfaces, in particular, between the amorphous insulating layer 4 and the truncated surface silicon layer 6 with the saturation of dangling bonds and elimination of parasitic irregular linkages through the interaction of the implanted impurity atoms to said structural defects (Figure 1, step IV).

Указанные действия приводят к формированию дополнительных связей с устранением паразитных нерегулярных связей, насыщением оборванных связей между атомами, диффундирующими из области локализации имплантированной примеси 5, и атомами аморфного изолирующего слоя 4 (соответствует, на Фиг.1, стадия IV, позиции 7 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи в аморфном изолирующем слое) или между атомами, диффундирующими из области локализации имплантированной примеси 5, и атомами на границе раздела между аморфным слоем и перенесенным монокристаллическим слоем (см. Фиг.1, стадия IV, позиции 8 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и кристаллическим отсеченным поверхностным слоем кремния).These actions lead to the formation of additional bonds with the elimination of spurious irregular bonds, saturation of dangling bonds between atoms diffusing from the localized region of the implanted impurity 5, and atoms of the amorphous insulating layer 4 (corresponds, in FIG. 1, stage IV, position 7 - atoms of the implanted and diffused impurities that form bonds in the amorphous insulating layer) or between atoms diffusing from the localized region of the implanted impurity 5 and atoms at the interface between the amorphous the layer and the transferred single-crystal layer (see Figure 1, stage IV, position 8 — atoms of the implanted and diffused impurity, forming bonds at the interface between the amorphous insulating layer and the crystalline cut-off surface silicon layer).

В основу получения результата положена способность некоторых примесных атомов устранять дефекты структуры путем формирования новых энергетически выгодных связей с атомами матрицы. Например, формирование Si-F связи является более энергетически выгодным, по сравнению с образованием Si-Si связей, обуславливающих наличие в матрице оксида кремния собственных дефектов. Это связано с тем, что длина Si-Si связи почти в 2 раза больше (В.А.Гриценко. Атомная структура аморфных нестехиометрических оксидов и нитридов кремния. УФН, т.178 (2008), с.с.727-737) Si-F связи (J.Breidung, J.Demeison, L.Margules, W.Thiel. Equilibrium structures of SiF4. Chem. Phys. Lett, v.313 (1999), p.p.713-717). Поэтому присутствие в матрице оксида кремния атомов фтора может привести к устранению Si-Si связей (C.M.S. Rauthan, G.S. Virdi, B.C. Pathak, A. Karthigeyan. Improvement in buried silicon nitride silicon-on-insulator structures by fluorine-ion implantation. J.Appl. Phys. V.83, N7, p.p.3668-3677), являющихся электрически активными ловушками положительных зарядов. Другой особенностью таких атомов, как F, является его способность легко диффундировать в аморфном изолирующем слое, таком как оксид кремния, и мигрировать к границам между аморфным изолирующим слоем и слоями полупроводника, образуя там дополнительные связи, устраняя, таким образом, электрически активные дефекты структуры. Это приводит к снижению положительного фиксированного заряда внутри аморфного изолирующего слоя, что, в свою очередь, приводит к сдвигу вольтамперных сток-затворных характеристик в область положительных смещений, в частности, для кольцевых транзисторов р-типа проводимости, изготовленных на основе структур кремний-на-изоляторе с захороненным диэлектриком (аморфным изолирующим слоем), в который осуществляли имплантацию ионов фтора, по сравнению с характеристиками, которые получены в случае использования структур кремний-на-изоляторе с захороненным диэлектрическим слоем без имплантации ионов фтора (см. Фиг.2, соответственно, позиции 10-12 и позиция 9). Получаемые на практике вольтамперные сток-затворные характеристики (Фиг.2) свидетельствуют в пользу более высокого качества структур кремний-на-изоляторе, изготавливаемых предлагаемым способом, и более широкой технологической сферы применения способа.The result is based on the ability of some impurity atoms to eliminate structural defects by forming new energetically favorable bonds with matrix atoms. For example, the formation of Si-F bonds is more energetically favorable compared with the formation of Si-Si bonds, which determine the presence of intrinsic defects in the silicon oxide matrix. This is due to the fact that the length of the Si-Si bond is almost 2 times longer (V. A. Gritsenko. Atomic structure of amorphous non-stoichiometric silicon oxides and nitrides. Uspekhi Fiz. Nauk, 157 (2008), pp. 727-737) Si F bonds (J. Breidung, J. Demeison, L. Margules, W. Thiel. Equilibrium structures of SiF 4. Chem. Phys. Lett, v. 313 (1999), pp713-717). Therefore, the presence of fluorine atoms in the silicon oxide matrix can lead to the elimination of Si-Si bonds (CMS Rauthan, GS Virdi, BC Pathak, A. Karthigeyan. Improvement in buried silicon nitride silicon-on-insulator structures by fluorine-ion implantation. J.Appl Phys. V.83, N7, pp3668-3677), which are electrically active traps of positive charges. Another feature of atoms such as F is its ability to easily diffuse in an amorphous insulating layer, such as silicon oxide, and migrate to the boundaries between the amorphous insulating layer and the semiconductor layers, forming additional bonds there, thus eliminating electrically active structural defects. This leads to a decrease in the positive fixed charge inside the amorphous insulating layer, which, in turn, leads to a shift in the current-voltage drain-gate characteristics to the region of positive biases, in particular, for p-type ring transistors made on the basis of silicon-on structures an insulator with a buried dielectric (amorphous insulating layer) into which fluoride ions were implanted, compared with the characteristics obtained in the case of using silicon-on-insulator structures with buried dielectric layer without implantation of fluorine ions (see Figure 2, respectively, position 10-12 and position 9). Obtained in practice, the current-voltage drain-gate characteristics (Figure 2) testify in favor of higher quality structures of silicon-on-insulator, manufactured by the proposed method, and a wider technological scope of the method.

На основе изложенных физических представлений изготовление структуры кремний на изоляторе с достижением технического результата обеспечивается реализацией следующих стадий (см. Фиг.1).Based on the stated physical concepts, the manufacture of a silicon structure on an insulator with the achievement of a technical result is ensured by the implementation of the following stages (see Figure 1).

1. В пластине кремния - подложке-доноре 1 формируют разупрочненную зону 2 на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий при проведении дальнейших операций переносу на изолятор подложки. Для формирования разупрочненной зоны 2 в подложку-донор 1 проводят имплантацию водорода. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой пластины - подложки-донора 1 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). Проведение этой стадии дает начало формированию в изготавливаемой структуре поверхностного слоя кремния требуемой толщины, то есть, эта стадия - есть начальный этап формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины.1. In the silicon wafer - the donor substrate 1, a softened zone 2 is formed at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness, which should be transferred to the substrate insulator during further operations. To form a weakened zone 2, hydrogen implantation is carried out in the donor substrate 1. Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide can be grown on the working surface of the silicon wafer - the donor substrate 1, 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). Carrying out this stage gives rise to the formation in the fabricated structure of the surface layer of silicon of the required thickness, that is, this stage is the initial stage of formation of the surface layer of silicon of the required thickness.

2. Осуществляют первый этап в решении задачи повышения качества структуры кремний-на-изоляторе и расширения технологической сферы применения способа. Цель проведения этапа - внедрение примеси в аморфный изолирующий слой 4 для улучшения изготавливаемой структуры, устранения в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем кремния 6 избыточных нерегулярных связей, насыщение оборванных связей. В аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 осуществляют имплантацию ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое 4 и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем 4 и слоем монокристаллического полупроводника - перенесенного слоя кремния на аморфный изолирующий слой 4, формируя область локализации имплантированной примеси 5 (II стадия, Фиг.2). Условия проведения имплантации выбирают, исходя из получения концентрации внедряемой примеси, достаточной для устранения негативных проявлений электрически активных дефектов. То есть, концентрация должна быть достаточна для устранения нерегулярных и насыщения оборванных связей в аморфном изолирующем слое 4 и на границах раздела между аморфным изолирующим слоем 4 и перенесенным монокристаллическим слоем - отсеченным поверхностным слоем кремния 6, а также, по возможности, аморфным изолирующим слоем 4 и монокристаллической подложкой 3. В частности, концентрация, внедренных ионов составляет не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.%. При этом выбирают значение энергии, обеспечивающей формирование профиля распределения атомов примеси в половине аморфного изолирующего слоя 4, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора 1 слоя монокристаллического полупроводника, то есть, отсеченного поверхностного слоя кремния 6, на расстоянии от границы сращивания, сопоставимом с длиной диффузии имплантированных атомов, менее длины диффузии, при проведении последующего отжига. Для используемых аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, которые указаны в нижеприведенных примерах реализации, а также условий последующего отжига, условия проведения имплантации включают использование доз ионов не менее 3×1014 см-2 и менее 5×1015 см-2, а энергий от 20 до 50 кэВ. В случае других параметров аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, включая качество диэлектрика, его толщину, а также условий отжига, условия проведения имплантации будут отличаться от указанных. В качестве ионов легко диффундирующей и устраняющей избыточные нерегулярные и оборванные связи примеси используют ионы фтора. В качестве подложки 3 также используют пластину кремния. В качестве аморфного изолирующего слоя 4 используют диэлектрик оксид кремния. Аморфный изолирующий слой 4 предварительно выполняют на подложке 3, например, путем ее окисления.2. Carry out the first stage in solving the problem of improving the quality of the silicon-on-insulator structure and expanding the technological scope of the method. The stage is aimed at introducing impurities into the amorphous insulating layer 4 to improve the fabricated structure, eliminating the excess irregular bonds in the amorphous insulating layer 4 located on the substrate 3 and at the interfaces of the latter with the cut-off silicon surface layer 6, and saturation of the dangling bonds. The amorphous insulating layer 4 on the substrate 3 is implanted with ions of easily diffusing impurities that can remove irregular bonds and saturate dangling bonds in the amorphous insulating layer 4 and at the interface between the amorphous insulating layer 4 and the single-crystal semiconductor layer — the transferred silicon layer onto the amorphous insulating layer 4 , forming the localization region of the implanted impurity 5 (stage II, Figure 2). The implantation conditions are selected based on the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of electrically active defects. That is, the concentration should be sufficient to eliminate irregular and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer 4 and at the interfaces between the amorphous insulating layer 4 and the transferred single-crystal layer — the cut off surface layer of silicon 6, as well as, if possible, the amorphous insulating layer 4 and single-crystal substrate 3. In particular, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% and not more than 1 at.%. In this case, the energy value is selected that ensures the formation of an impurity atom distribution profile in half of the amorphous insulating layer 4 adjacent to the boundary of the merging with this layer of a single-crystal semiconductor layer transferred from the donor substrate 1, that is, the cut-off silicon surface layer 6, at a distance from the merging boundary , comparable with the diffusion length of implanted atoms, less than the diffusion length during subsequent annealing. For the used amorphous insulating layers 4 in the structures indicated in the following implementation examples, as well as the conditions for subsequent annealing, implantation conditions include the use of ion doses of at least 3 × 10 14 cm -2 and less than 5 × 10 15 cm -2 and energies from 20 to 50 keV. In the case of other parameters of the amorphous insulating layers 4 in the structures, including the quality of the dielectric, its thickness, as well as the annealing conditions, the implantation conditions will differ from those indicated. As ions that are easily diffusing and eliminating excess irregular and dangling bonds, impurities use fluorine ions. As the substrate 3, a silicon wafer is also used. As the amorphous insulating layer 4, a silicon oxide dielectric is used. The amorphous insulating layer 4 is preliminarily performed on the substrate 3, for example, by its oxidation.

3. После проведения вышерассмотренных стадий изготовления структуры приступают к заключительному этапу формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины (III стадия. Фиг.1) и, собственно говоря, получению структуры, качество которой подлежит улучшению в ходе дальнейших операций. На подложке 3, содержащей на рабочей поверхности аморфный изолирующий слой 4, формируют отсеченный поверхностный слой кремния 6 за счет водородно-индуцированного переноса. Для реализации переноса подложку-донор 1 с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной 2 и подложку 3 с аморфным изолирующим слоем 4, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси 5, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора 1, со стороны которой осуществляют имплантацию ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя 4 (см. Фиг.1, III стадия). Затем кремниевую подложку-донор 1 соединяют с подложкой 3 с аморфным изолирующим слоем 4 сторонами, которые подвергались указанным процедурам, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области 2 подложки-донора 1 с образованием на аморфном изолирующем слое 4 подложки 3 отсеченного слоя кремния. 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 от 80 до 450°C, длительности процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 101÷103 Па или в сочетании с использованием инертной сухой атмосферы.3. After the above stages of fabrication of the structure, proceed to the final stage of forming the surface layer of silicon of the required thickness (stage III. Figure 1) and, in fact, obtaining a structure whose quality is to be improved in the course of further operations. On the substrate 3, containing on the working surface an amorphous insulating layer 4, a cut-off surface layer of silicon 6 is formed due to hydrogen-induced transfer. To realize the transfer, the donor substrate 1 with the weakened zone 2 created by implantation of hydrogen ions and the substrate 3 with an amorphous insulating layer 4, in which the region of localization of the implanted impurity 5 is formed, is subjected to processing that ensures their fusion. This treatment includes cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed, the working surface of the donor substrate 1, from which hydrogen ions are implanted, and the surfaces of the amorphous insulating layer 4 (see Figure 1, stage III). Then, the silicon donor substrate 1 is connected to the substrate 3 with an amorphous insulating layer 4 by the sides that have undergone the above procedures, at the same time they are spliced and layered along the weakened region 2 of the donor substrate 1 to form a cut-off silicon layer on the amorphous insulating layer 4 of the substrate 3. Compounding and simultaneous splicing with delamination, as well as drying prior to joining after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out with temperature varying from 80 to 450 ° C, the duration of the procedures is from 0.1 to 100 hours, a chamber with a vacuum of 10 1 ÷ 10 3 Pa or in combination with an inert dry atmosphere.

4. После того, как собственно структура кремний-на-изоляторе изготовлена, приступают к заключительному этапу решения задачи повышения качества структуры кремний-на-изоляторе и расширения технологической сферы применения способа. Цель проведения данного этапа - осуществление диффузии внедренной примеси и устранение в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем кремния 6 избыточных (паразитных) нерегулярных связей, насыщение оборванных связей. На данной стадии изготовления структуры кремний-на-изоляторе (IV стадия, Фиг.1) проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих диффузию имплантированной в аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 примеси из области локализации имплантированной примеси 5 к границам раздела, в частности, границе отсеченный поверхностный слой кремния 6 - аморфный изолирующий слой 4, устранение на границе раздела и в самом слое избыточных нерегулярных связей, насыщение оборванных связей в результате взаимодействия атомов внедренной примеси с указанными электрически активными дефектами. При этом возможность эндотаксиального формирования дополнительного сплошного слоя диэлектрического материала отсутствует, как, например, это имеет место в известном техническом решении (патент РФ №2368034 на изобретение, МПК: 8 H01L 21/324), за счет чего в приведенном техническом решении улучшается качество структуры. Условия отжига - температурный режим и его продолжительность, а именно, температуры отжига 700-1100°C, длительность не менее 0,5 часа, а также наличие инертной атмосферы. Отметим, что указанные конкретные условия отжига правомерны в случаях формирования области локализации внедренной примеси 5 или формирования профиля распределения атомов примеси, как указано выше, в половине аморфного изолирующего слоя 4, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора 1 отсеченного поверхностного слоя кремния 6, на расстоянии от границы сращивания, сопоставимом с длиной диффузии имплантированных атомов примеси при проведении отжига. В других случаях конкретные режимы отжига будут отличаться от указанных.4. After the actual structure of the silicon-on-insulator is made, proceed to the final stage of solving the problem of improving the quality of the structure of the silicon-on-insulator and expanding the technological scope of the method. The purpose of this stage is to diffuse the embedded impurity and eliminate in the amorphous insulating layer 4 located on the substrate 3 and at the interfaces between the latter and the clipped surface layer of silicon 6 excessive (parasitic) irregular bonds, saturation of dangling bonds. At this stage of the fabrication of the silicon-on-insulator structure (stage IV, FIG. 1), annealing is carried out under conditions that together ensure the diffusion of the impurity implanted in the amorphous insulating layer 4 on the substrate 3 from the localized region of the implanted impurity 5 to the interfaces, in particular the boundary, the cut-off silicon surface layer 6 is an amorphous insulating layer 4, elimination of excess irregular bonds at the interface and in the layer itself, saturation of the dangling bonds as a result of the interaction of atoms of the embedded impurity by decree electrically active defects. At the same time, there is no possibility of endotaxial formation of an additional continuous layer of dielectric material, as, for example, this occurs in the well-known technical solution (RF patent No. 2368034 for the invention, IPC: 8 H01L 21/324), due to which the quality of the structure is improved in the given technical solution. . Annealing conditions - the temperature regime and its duration, namely, annealing temperatures of 700-1100 ° C, a duration of at least 0.5 hours, as well as the presence of an inert atmosphere. Note that these specific conditions of annealing are valid in cases where a localized region of embedded impurity 5 is formed or an impurity atom distribution profile is formed, as indicated above, in a half of an amorphous insulating layer 4 adjacent to the interface of the cut-off surface layer transferred from the donor substrate 1 to this layer silicon 6, at a distance from the boundary of the splicing, comparable with the diffusion length of the implanted impurity atoms during annealing. In other cases, specific annealing modes will differ from those indicated.

Основное отличие предлагаемого способа от ближайшего технического решения заключается в осуществлении в аморфный изолирующий слой на подложке, выполняющий роль аморфной матрицы, имплантации ионов легко диффундирующей примеси, способной удалять избыточные нерегулярные связи и насыщать оборванные связи, последующего перенесении на аморфный изолирующего слой на подложке монокристаллического полупроводникового слоя с другой пластины, и высокотемпературного отжига, обеспечивающего диффузию имплантированной примеси к границе раздела, при этом формируется структура кремний-на-изоляторе более высокого качества.The main difference between the proposed method and the closest technical solution lies in the implementation of the amorphous insulating layer on the substrate, acting as an amorphous matrix, implantation of ions of easily diffusing impurities that can remove excess irregular bonds and saturate dangling bonds, then transferring a single-crystal semiconductor layer onto the amorphous insulating layer on the substrate from another plate, and high-temperature annealing, which ensures diffusion of the implanted impurity to the interface In this case, a higher-quality silicon-on-insulator structure is formed.

Достижение технического результата обеспечивается благодаря имплантации участвующих в формировании дополнительных связей ионов примесей дозами, достаточными для устранения паразитных связей и/или насыщения оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе сращивания в результате осуществления диффузии при отжиге. Таким образом, достигается отсутствие паразитных и оборванных связей в захороненном аморфном изолирующем слое структуры, на границе сращивания указанного слоя с перенесенным слоем кремния, являющихся ловушками положительных зарядов, а также отсутствие оборванных ненасыщенных связей на границе сращивания, что обуславливает улучшение электрофизических характеристик структуры кремний-на-изоляторе, обеспечивая низкие плотности состояний на границах раздела слоев структуры кремний-на-изоляторе и фиксированных зарядов в захороненном аморфном изолирующем слое при воздействии ионизирующего облучения.The achievement of the technical result is ensured by implanting the impurity ions involved in the formation of additional bonds with doses sufficient to eliminate spurious bonds and / or saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the splicing boundary as a result of diffusion during annealing. Thus, the absence of spurious and dangling bonds in the buried amorphous insulating layer of the structure, at the interface between this layer and the transferred silicon layer, which are traps of positive charges, as well as the absence of dangling unsaturated bonds at the interface, which leads to an improvement in the electrical characteristics of the silicon-on structure, are achieved. -insulator, providing low density of states at the interfaces between the layers of the silicon-on-insulator structure and fixed charges in the buried morphic insulating layer when exposed to ionizing radiation.

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

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 150 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 3×1014 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a silicon oxide thickness of 150 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 3 × 10 14 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 20 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 20 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 450°C, в течение 0,5 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции осуществляют в камере с вакуумом 103 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. The connection and simultaneous splicing with delamination is carried out at a temperature of 450 ° C for 0.5 hours, and the 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 at 200 ° C for 0 1 hour. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 3 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 900°C, длительности 0,5 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 900 ° C, duration 0, 5 hours, in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,15 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free of dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.15 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 2.Example 2

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating a layer and a surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 1×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 1 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 20 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 20 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции осуществляют в камере с вакуумом 10 Па.Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed — the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. The connection and simultaneous splicing with delamination is carried out at a temperature of 350 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 900°C, длительности 0,5 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 900 ° C, duration 0, 5 hours, in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 3.Example 3

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H+ со значением энергии 20 кэВ и дозы 4×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 5 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H + with an energy value of 20 keV and a dose of 4 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 5 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 1×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 1 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 30 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 30 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 200°C, в течение 0,15 часа в инертной сухой атмосфере, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа, в камере с вакуумом 10 Па.Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed — the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. The connection and simultaneous splicing with delamination is carried out at a temperature of 200 ° C for 0.15 hours in an inert dry atmosphere, and the 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 at 200 ° C , for 0.1 hours, in a chamber with a vacuum of 10 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 1000°C, длительности 0,5 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 1000 ° C, duration 0, 5 hours, in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,2 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.2 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 4.Example 4

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 200 кэВ и дозы 1×1017 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 200 keV and a dose of 1 × 10 17 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 300 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 1×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 300 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 1 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 40 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 40 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 10 Па.Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed — the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. The connection and simultaneous splicing with delamination is carried out at a temperature of 350 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 1100°C, длительности 0,5 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 1100 ° C, duration 0, 5 hours, in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,7 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.7 μm Si and 0.3 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 5Example 5

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 120 кэВ и дозы 2×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 120 keV and a dose of 2 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 1×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 1 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 50 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 50 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 102 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are carried out at a temperature of 350 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 2 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 1100°C, длительности 2 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 1100 ° C, duration 2 hours in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,5 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free of dislocation and mismatch defects containing 0.5 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 6Example 6

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 3×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 3 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 30 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 30 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 101 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are carried out at a temperature of 350 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 950°C, в течение 1 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 950 ° C, for 1 hours, in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 7Example 7

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 3×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 3 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 40 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 40 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 101 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are carried out at a temperature of 350 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 1000°C, длительности 1 час, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 1000 ° C for 1 hour in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 8Example 8

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 4×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 4 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 40 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 40 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 103 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are carried out at a temperature of 350 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 3 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 950°C, длительности 1 час, в инертной атмосфере азота.The final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 950 ° C for 1 hour in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 9Example 9

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 350 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 1×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 350 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 1 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 30 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 30 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 450°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 101 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. The connection and simultaneous splicing with delamination is carried out at a temperature of 450 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 1000°C, длительности 0,5 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 1000 ° C, duration 0, 5 hours, in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,35 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free of dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.35 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 10Example 10

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating a layer and a surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 .

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 3×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 3 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 40 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 40 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C, в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 200°C, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 101 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are carried out at a temperature of 350 ° C for 1 hour, and the 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 at 200 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 1000°C, длительности 1 час, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 1000 ° C for 1 hour in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,65 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.65 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 11Example 11

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 4×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 4 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 20 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 20 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 300°C, в течение 25 часов, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 80°C, в течение 1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 101 Па.Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed — the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are carried out at a temperature of 300 ° C for 25 hours, and the 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 at 80 ° C for 1 hour. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 700°C, длительности 3 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 700 ° C for 3 hours in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

Пример 12Example 12

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.When implementing a method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of an easily diffusing impurity are implanted, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds. Then, a silicon donor substrate is connected to the amorphous insulating layer of the substrate and splicing is carried out, and a silicon surface layer of the required thickness is formed. At the end of manufacture, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form a surface layer of silicon of the required thickness, before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate, a softened region is created in the donor substrate at the required distance from the working surface, thereby highlighting the cut-off silicon surface layer of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer the substrate. The softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by the implantation of hydrogen ions H 2 + with an energy value of 140 keV and a dose of 2.5 × 10 16 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer of silicon oxide 50 nm thick is grown on the working surface of the silicon donor substrate, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора F+. Аморфный изолирующий слой выращивают предварительно на подложке термически, получая толщину окисла кремния 400 нм. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% при использовании дозы имплантируемых ионов 1×1015 см-2.Ions of an easily diffusing impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which removes irregular bonds and saturates the dangling bonds in the amorphous insulating layer and at the interface between the amorphous insulating layer and the silicon surface layer, with the formation of the localized region of the implanted impurity, namely, fluorine ions F + . An amorphous insulating layer is grown preliminarily on a substrate thermally, obtaining a thickness of silicon oxide of 400 nm. Implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% When using a dose of implanted ions of 1 × 10 15 cm -2 .

Формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига. Указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, 30 кэВ.The formation of the localized region of the implanted impurity is carried out in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface between the surface layer of silicon transferred from the donor substrate and at a distance from the interface that is less than the diffusion length of the implanted impurity during subsequent annealing. The indicated is realized due to the implantation conditions associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of the distribution profile of impurity atoms with the specified localization in the amorphous insulating layer, 30 keV.

Далее проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Обработка состоит из очистки и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, - рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем осуществляют отмывку струей ультрачистой деионизованной воды, сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей. После чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 300°С, в течение 100 часов, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при 300°С, в течение 0,1 часа. Операции проводят в камере с вакуумом 102 Па.Next, the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, and a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a weakened zone created by implantation of hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer in which a region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their fusion. The treatment consists of cleaning and hydrophilizing the surfaces on which the splicing is performed - the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then carry out washing with a stream of ultrapure deionized water, drying and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces. After that, the silicon donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the parties in relation to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region of the donor substrate to form a cut-off silicon surface layer on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are carried out at a temperature of 300 ° C for 100 hours, and the drying prior to the connection after washing with a jet of ultrapure deionized water and the removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out at 300 ° C for 0.1 hours. The operations are carried out in a chamber with a vacuum of 10 2 Pa.

Финальный отжиг осуществляют, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 850°C, длительности 3 часа, в инертной атмосфере азота.Final annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity with the removal of irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely, at an annealing temperature of 850 ° C for 3 hours in an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, свободную от дислокации и дефектов несоответствия, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si.The result is a structure free from dislocation and mismatch defects containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate.

В заключение отметим, что положительным эффектом от использования предлагаемого способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе с осуществлением имплантации ионов легко диффундирующей примеси, способной удалять избыточные нерегулярные связи и насыщать оборванные связи, в изолирующий слой одной полупроводниковой пластины, водородно-индуцированного переноса полупроводникового слоя-затравки с другой полупроводниковой пластины и последующего высокотемпературного отжига является:In conclusion, we note that the positive effect of using the proposed method for manufacturing a silicon-on-insulator structure with the implantation of ions of easily diffusing impurities, which can remove excess irregular bonds and saturate dangling bonds, into the insulating layer of one semiconductor wafer, hydrogen-induced transfer of the semiconductor layer Seeding from another semiconductor wafer and subsequent high-temperature annealing is:

1. Уменьшение радиационной нагрузки на захороненный аморфный диэлектрический слой за счет использования имплантации моноэнергетичных ионов.1. Reducing the radiation load on the buried amorphous dielectric layer through the use of implantation of monoenergetic ions.

2. Уменьшение термической нагрузки на структуру кремний-на-изоляторе, обусловленной снижением концентрации дефектов, генерированных при ионной имплантации в пониженном дозовом интервале ионов примесей.2. A decrease in the thermal load on the silicon-on-insulator structure due to a decrease in the concentration of defects generated during ion implantation in a reduced dose range of impurity ions.

3. Высокое качество диэлектрика за счет снижения степени его разупорядоточения, достигнутое имплантацией примеси в область диэлектрика, примыкающую к границе сращивания структуры кремний-на-изоляторе.3. High quality of the dielectric due to a decrease in the degree of disorder achieved by implantation of an impurity in the dielectric region adjacent to the interface of the silicon-on-insulator structure.

4. Высокое качество границы раздела между захороненным аморфным диэлектрическим слоем и монокристаллической подложкой, достигнутое за счет имплантации ионов в область диэлектрика, примыкающую к границе сращивания структуры кремний-на-изоляторе.4. The high quality of the interface between the buried amorphous dielectric layer and the single crystal substrate, achieved by implanting ions into the dielectric region adjacent to the interface of the silicon-insulator structure.

5. Улучшенное качество границы раздела между захороненным аморфного диэлектрическим слоем и слоем перенесенного полупроводника, достигнутое за счет удаления паразитных нерегулярных связей.5. The improved quality of the interface between the buried amorphous dielectric layer and the transferred semiconductor layer, achieved by removing spurious irregular bonds.

6. Улучшенное качество захороненного аморфного слоя, достигнутое за счет удаления паразитных нерегулярных связей.6. The improved quality of the buried amorphous layer, achieved by the removal of spurious irregular bonds.

7. Хорошая совместимость предлагаемого способа с другими технологическими методами, используемыми для создания устройств микро- и наноэлектроники на основе структур кремний-на-изоляторе с повышенной стойкостью к воздействию ионизирующего излучения.7. Good compatibility of the proposed method with other technological methods used to create micro- and nanoelectronics devices based on silicon-on-insulator structures with increased resistance to ionizing radiation.

8. Сокращение технологических операций, таких как ионная имплантация, за счет использования моноэнергетичной имплантации, удешевление процесса создания структуры кремний-на-изоляторе.8. Reduction of technological operations, such as ion implantation, through the use of monoenergetic implantation, cheaper the process of creating a silicon-on-insulator structure.

Перечисленные преимущества являются следствием формирования дополнительных связей между атомами имплантированной примеси и нерегулярными или оборванными связями в объеме изолирующего слоя и/или на границе раздела между изолирующим слоем и слоем монокристаллического полупроводника в результате диффузии имплантированных атомов к указанным связям при осуществлении высокотемпературного воздействия, улучшающих качество изолирующего слоя и качество границ раздела между изолирующим слоем и слоем монокристаллического полупроводника, без формирования дополнительного изолирующего слоя.These advantages are the result of the formation of additional bonds between the atoms of the implanted impurity and irregular or dangling bonds in the volume of the insulating layer and / or at the interface between the insulating layer and the single crystal semiconductor layer as a result of diffusion of the implanted atoms to these bonds during high-temperature exposure, improving the quality of the insulating layer and the quality of the interface between the insulating layer and the single-crystal semiconductor layer, without forming an additional insulating layer.

Claims (12)

1. Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе, заключающийся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов, соединяют с изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, осуществляют отжиг, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, отличающийся тем, что имплантацию проводят в аморфный изолирующий слой ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, в финале осуществляют отжиг при условиях, обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.1. A method of manufacturing a silicon-on-insulator structure, which consists in the fact that they take a substrate with an insulating layer made on its surface, into which ions are implanted, connect a silicon donor substrate to the insulating layer of the substrate and carry out splicing, annealing, form a surface a silicon layer of the required thickness, characterized in that the implantation is carried out in an amorphous insulating layer of ions of easily diffusing impurities, removing irregular bonds and saturating dangling bonds in an amorphous insulating layer th and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface layer of silicon, with the formation of the localization region of the implanted impurity, under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, then the substrate is connected by an amorphous insulating layer with silicon with a donor substrate and splicing, form a surface layer of silicon of the required thickness; in the final, annealing is carried out under conditions providing diffusion impurity with the removal of irregular bonds and saturation of dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в составе кремниевой подложки-донора выращивают слой окисла кремния.2. The method according to claim 1, characterized in that a silicon oxide layer is grown in the composition of the silicon donor substrate. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.3. The method according to claim 1, characterized in that a silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide dielectric is used as an amorphous insulating layer on its surface. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки.4. The method according to claim 1, characterized in that to form a surface layer of silicon of the required thickness before joining the silicon donor substrate with the amorphous insulating layer of the substrate in the donor substrate, a softened region is created at the required distance from the working surface, thereby highlighting a surface layer of silicon of a given thickness to be transferred to the amorphous insulating layer of the substrate. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода со значением энергии 20÷200 кэВ и дозы 2·1016÷1·1017 см-2.5. The method according to claim 4, characterized in that the softened zone in the donor substrate at the required distance from the working surface is created by implanting hydrogen ions with an energy value of 20 ÷ 200 keV and a dose of 2 · 10 16 ÷ 1 · 10 17 cm -2 . 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.6. The method according to claim 5, characterized in that before the implantation of hydrogen on the working surface of the silicon donor substrate, a protective layer of silicon oxide is grown through which the implantation is carried out and which is removed after implantation. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно ионов фтора.7. The method according to claim 1, characterized in that ions of an easily diffusing impurity are removed into the amorphous insulating layer, removing irregular bonds and saturating the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, with the formation of the localization region of the implanted impurity, namely fluorine ions. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.%.8. The method according to claim 1, characterized in that the implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient to eliminate the negative manifestations of irregular and dangling bonds, namely, the concentration of embedded ions is not less than 0.05 at.% And not more than 1 at .%. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что концентрацию внедренных ионов примеси не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% достигают при использовании доз имплантируемых ионов не менее 3·1014 см-2 и менее 5·1015 см-2.9. The method according to claim 8, characterized in that the concentration of embedded impurity ions of not less than 0.05 at.% And not more than 1 at.% Is achieved when using doses of implanted ions of not less than 3 · 10 14 cm -2 and less than 5 · 10 15 cm -2 . 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига, указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, от 20 до 50 кэВ.10. The method according to claim 1, characterized in that the region of localization of the implanted impurity is formed in half of the amorphous insulating layer adjacent to the interface of the silicon surface transferred from the donor substrate to a surface layer of silicon, at a distance from the interface of the joint, less than the diffusion length implanted impurities during subsequent annealing, the indicated is realized due to the conditions of implantation associated with the choice of the ion energy value, which ensures the corresponding formation of pro For the distribution of impurity atoms with the indicated localization in the amorphous insulating layer, from 20 to 50 keV. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом: подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя, после чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния, при этом 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 от 80 до 450°C, длительности процедур от 0,1 до 100 ч в камере с вакуумом 101÷103 Па или в сочетании с использованием инертной сухой атмосферы.11. The method according to claim 1, characterized in that the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a silicon donor substrate and spliced, a silicon surface layer of the required thickness is formed as follows: a donor substrate with a weakened zone created by implanting hydrogen ions and a substrate with an amorphous insulating layer, in which a region of localization of the implanted impurity is formed, is subjected to processing that ensures their splicing, to cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the spliced is produced the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer, after which the silicon donor substrate is connected to the substrate with the amorphous insulating layer by the sides with respect to which the above procedures are performed, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region donor substrate with the formation on the amorphous insulating layer of the substrate of the cut-off surface layer of silicon, while the connection and simultaneous splicing with delamination, as well as e and preceding the connection, drying after washing with a jet of ultrapure deionized water and removal of excess physically adsorbed substances from their surfaces is carried out with temperature varying from 80 to 450 ° C, duration of procedures from 0.1 to 100 hours in a chamber with vacuum 10 1 ÷ 10 3 Pa or in combination with an inert dry atmosphere. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют отжиг при условиях, обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно при температуре отжига 700÷1100°C, длительности не менее 0,5 ч, а также наличии инертной атмосферы. 12. The method according to claim 1, characterized in that the annealing is carried out under conditions ensuring the diffusion of the embedded impurity to remove irregular bonds and saturation of the dangling bonds in the amorphous insulating layer and / or at the interface between the amorphous insulating layer and the surface silicon layer, namely at an annealing temperature of 700 ÷ 1100 ° C, a duration of at least 0.5 hours, as well as the presence of an inert atmosphere.
RU2012115816/28A 2012-04-19 2012-04-19 Method for making silicon-on-insulator structure RU2497231C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012115816/28A RU2497231C1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 Method for making silicon-on-insulator structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012115816/28A RU2497231C1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 Method for making silicon-on-insulator structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2497231C1 true RU2497231C1 (en) 2013-10-27

Family

ID=49446876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012115816/28A RU2497231C1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 Method for making silicon-on-insulator structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2497231C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2639612C1 (en) * 2014-01-22 2017-12-21 Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. Method of producing "silicon on insulator" substrate and "silicon on insulator" substrate

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5360752A (en) * 1993-10-28 1994-11-01 Loral Federal Systems Company Method to radiation harden the buried oxide in silicon-on-insulator structures
WO2000019500A1 (en) * 1998-09-25 2000-04-06 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Semiconductor substrate and its production method, semiconductor device comprising the same and its production method
RU2217842C1 (en) * 2003-01-14 2003-11-27 Институт физики полупроводников - Объединенного института физики полупроводников СО РАН Method for producing silicon-on-insulator structure
RU2265255C2 (en) * 2003-12-16 2005-11-27 Институт физики полупроводников Объединенного Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН Method for producing silicon-on-insulator structure
RU2301476C1 (en) * 2006-02-08 2007-06-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Method for heterostructure manufacture
RU2368034C1 (en) * 2008-05-13 2009-09-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure
RU2382437C1 (en) * 2008-08-18 2010-02-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Method of making silicon-on-insulator structures
US7884367B2 (en) * 2002-03-26 2011-02-08 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method thereof, SOI substrate and display device using the same, and manufacturing method of the SOI substrate

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5360752A (en) * 1993-10-28 1994-11-01 Loral Federal Systems Company Method to radiation harden the buried oxide in silicon-on-insulator structures
EP0652591A1 (en) * 1993-10-28 1995-05-10 International Business Machines Corporation Oxide in silicon-on-insulator structures
WO2000019500A1 (en) * 1998-09-25 2000-04-06 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Semiconductor substrate and its production method, semiconductor device comprising the same and its production method
US7884367B2 (en) * 2002-03-26 2011-02-08 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method thereof, SOI substrate and display device using the same, and manufacturing method of the SOI substrate
RU2217842C1 (en) * 2003-01-14 2003-11-27 Институт физики полупроводников - Объединенного института физики полупроводников СО РАН Method for producing silicon-on-insulator structure
RU2265255C2 (en) * 2003-12-16 2005-11-27 Институт физики полупроводников Объединенного Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН Method for producing silicon-on-insulator structure
RU2301476C1 (en) * 2006-02-08 2007-06-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Method for heterostructure manufacture
RU2368034C1 (en) * 2008-05-13 2009-09-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure
RU2382437C1 (en) * 2008-08-18 2010-02-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Method of making silicon-on-insulator structures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2639612C1 (en) * 2014-01-22 2017-12-21 Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. Method of producing "silicon on insulator" substrate and "silicon on insulator" substrate
US10804137B2 (en) 2014-01-22 2020-10-13 Huawei Technologies Co., Ltd. SOI substrate manufacturing method and SOI substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7449395B2 (en) Method of fabricating a composite substrate with improved electrical properties
KR20080113385A (en) Method and structure for fabricating bonded substrate structures using thermal processing to remove oxygen species
KR20070085231A (en) Method for obtaining a thin layer by implementing co-implantation and subsequent implantation
TW201916251A (en) Methods of forming soi substrates
KR100991213B1 (en) Manufacturing method of germanium on insulator structure, germanium on insulator structure by the method, and transistor using the germanium on insulator structure
TW201715644A (en) SOI substrate and fabrication method thereof
CN107146758B (en) Method for preparing substrate with carrier capture center
RU2497231C1 (en) Method for making silicon-on-insulator structure
RU2368034C1 (en) Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure
RU2498450C1 (en) Method for making silicon-on-insulator structure
RU2301476C1 (en) Method for heterostructure manufacture
US10014210B2 (en) SOI substrate and manufacturing method thereof
RU2382437C1 (en) Method of making silicon-on-insulator structures
TWI611462B (en) Soi substrate and manufacturing method thereof
TWI628712B (en) Soi substrate and manufacturing method thereof
JP2012004174A (en) Reverse-blocking insulating gate type bipolar transistor and method of manufacturing the same
Gity et al. Ge/Si pn diode fabricated by direct wafer bonding and layer exfoliation
US20220223467A1 (en) Method for direct hydrophilic bonding of substrates
RU2538352C1 (en) Method of manufacturing silicon-on-sapphire structure
RU2433501C2 (en) Method for semiconductor device fabrication
TW202345408A (en) Method for manufacturing a 3d circuit with mutualised steps of recrystallising and activating dopants
WO2022179615A1 (en) Method for manufacturing semiconductor-on-insulator structure
KR100665797B1 (en) Semiconductor device fabrication method for reducing charge trap density near gate oxide interface
KR101348400B1 (en) Gate-Oxide Manufacturing Method of Semiconductor Device
JP2005056930A (en) Method for manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190420