RU2498450C1 - Method for making silicon-on-insulator structure - Google Patents

Method for making silicon-on-insulator structure Download PDF

Info

Publication number
RU2498450C1
RU2498450C1 RU2012117175/28A RU2012117175A RU2498450C1 RU 2498450 C1 RU2498450 C1 RU 2498450C1 RU 2012117175/28 A RU2012117175/28 A RU 2012117175/28A RU 2012117175 A RU2012117175 A RU 2012117175A RU 2498450 C1 RU2498450 C1 RU 2498450C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
insulating layer
semiconductor
amorphous insulating
impurity
Prior art date
Application number
RU2012117175/28A
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 RU2012117175/28A priority Critical patent/RU2498450C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2498450C1 publication Critical patent/RU2498450C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: to amorphous insulating layer SiO2 of Si substrate ions of light segregating impurity are implanted which are capable to form nanocrystals within volume of the layer SiO2-Si+ or Ge+. Localisation area of the implanted impurity is obtained. Implantation modes ensure concentration of the implanted additive sufficient to form nanocrystals not less than 10 at.% and not more than 20 at.% at which the distance between introduced foreign atoms is less than their diffusion length at annealing and location of localisation area for the implanted impurity at distance of the semiconductor surface layer is not less than diffusion length of the implanted impurity at annealing. Donor substrate made of Si is connected with SiO2 layer of the substrate and coupling procedure is performed with formation of surface Si layer of the required thickness at SiO2 thus making silicone-on-insulator structure. Finally annealing is made providing diffusion of the introduced impurity, coalescence and formation of nanocrystals in amorphous insulating layer.
EFFECT: due to formation of nanocrystals being traps for negative charges unfavourable influence of the built-in positive charge in dielectric compensated thus ensuring improvement in structure quality, removing sequences of ionising radiation expanding application scope.
14 cl, 4 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 полупроводник-на-изоляторе (патент США №5360752 на изобретение, МПК: 5 H01L 21/76), заключающийся в том, что беруг подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, генерирующих примесь, после чего берут полупроводниковую подложку-донор, соединяют ее с изолирующим слоем подложки и проводят сращивание, осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°С, в завершение формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностною слоя полупроводника. В способе используют подложку и подложку-донор из кремния. В качестве изолирующего слоя выполняют слой оксида кремния толщиной 350÷450 им. 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 ионов с энергией 500 кэВ дозами от 5×1014 см-2 до 2×1015 см-2, а затем «мелкую» - с энергией 180 кэВ дозой 1×1015 см-2. Перед соединением и сращиванием проводят процедуру очистки. Осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°С. преимущественно при 800°С. В качестве имплаптируемой примеси используют германий или мышьяк.A known method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure (US patent No. 5360752 for the invention, IPC: 5 H01L 21/76), which consists in the fact that the substrate is coated with an insulating layer made on its surface, into which ions are implanted to form recombination centers forming an impurity, after which they take a donor semiconductor substrate, connect it to the insulating layer of the substrate and carry out splicing, annealing in the temperature regime up to 850 ° C, and finally form the surface layer of the semiconductor as required thickness, performing etching with non-planar side of the donor substrate, pitting the donor substrate to the desired thickness of the surface semiconductor layer. The method uses a silicon substrate and a donor substrate. As an insulating layer, a layer of silicon oxide with a thickness of 350 ÷ 450 im. 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 of ions with an energy of 500 keV in doses from 5 × 10 14 cm -2 to 2 × 10 15 cm -2 , and then “shallow” - with an energy of 180 keV with a dose of 1 × 10 15 cm -2 . Before joining and splicing, a cleaning procedure is carried out. Carry out annealing in temperature conditions up to 850 ° C. mainly at 800 ° C. As implantable impurities use germanium or arsenic.

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

Во-первых, используемые режимы имплантации увеличивают радиационную нагрузку па захороненный диэлектрик (изолирующий слой) структуры нолунроводннк-на-изоляторе, снижая тем самым качество диэлектрика.First, the implantation regimes used increase the radiation load on a buried dielectric (insulating layer) of the structure of a zero-conductor-on-insulator, 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 полупроводник-на-изоляторе, зачастую делая их непригодными, в имеющейся в настоящее время кремниевой технологии, использующей высокотемпературные режимы до ≥1000°С.Fourth, the annealing modes used, at temperatures below 850 ° C, reduce the efficiency of the created semiconductor-on-insulator structures, often making them unsuitable, in currently available silicon technology using high-temperature conditions up to ≥1000 ° С.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ изготовления структуры полупроводник-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 полупроводниковую подложку-донор, на ее поверхности выполняют изолирующий слой, соединяют подложку и подложку-донор изолирующими слоями и проводят сращивание, далее осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, в завершение формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностного слоя полупроводника - от 70 до 100 им. В способе используют подложку и подложку-донор 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 ионов с энергией 500 кэВ дозами от 5×10 см-2 до 2×105 см-2, а затем «мелкую» - с энергией 180 кэВ дозой 1×1015 см-2. 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.As the closest analogue, a method for manufacturing a semiconductor-on-insulator structure was selected (publication No. 0652591 of the European application for 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 donor semiconductor substrate is taken, an insulating layer is made on its surface, connected substrate and don substrate they are fused with insulating layers and spliced, then annealed in the temperature regime up to 850 ° C, finally form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, etching from the non-planar side of the donor substrate, etching the donor substrate to the desired thickness of the surface layer of the semiconductor - from 70 to 100 them. The method uses a silicon substrate and a donor 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 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 of ions with an energy of 500 keV in doses from 5 × 10 cm -2 to 2 × 10 5 cm -2 , and then “shallow” - with an energy of 180 keV in a dose of 1 × 10 15 cm -2 . 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 полупроводник-на-изоляторе, ограничение технологической сферы применения - в частности, при создании СБИС с высокой радиационной стойкостью. Причины, препятствующие достижению нижеуказанного технического результата заключаются в следующем.The disadvantages of the known technical solutions include the low quality of the semiconductor-on-insulator structures, the limitation of the technological field of application - in particular, when creating VLSI with high radiation resistance. The reasons that impede the achievement of the following technical result are as follows.

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

Во-вторых, используемые режимы имплантации обеспечиваю г 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 greater 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 полупроводник-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 semiconductor-on-insulator structures, often making them unsuitable, in the currently available silicon technology using high-temperature conditions to ≥1000 ° C.

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

- повышение качества структуры полупроводник-на-изоляторе;- improving the quality of the structure of the semiconductor-on-insulator;

- снижение негативного эффекта ионизирующего излучения на характерно тки структуры;- reduction of the negative effect of ionizing radiation on the characteristic structure currents;

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

Технический результат достигается в способе изготовления структуры полупроводник-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 полупроводниковую подложку-донор и проводят сращивание, осуществляют отжиг, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, причем имплантацию проводят в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к 4юрмированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, и получают область локализации имплантированной примеси при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и получение области локализации имнлантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, в финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.The technical result is achieved in a method of manufacturing a semiconductor-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 the donor semiconductor substrate to the insulating layer of the substrate, and performing splicing, annealing, form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, and the implantation is carried out in an amorphous insulating layer of ions of easily segregating impurities, with the ability to 4 crystals in the volume of the amorphous insulating layer, and get the region of localization of the implanted impurity under conditions that ensure the concentration of the implanted impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the implanted impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and obtain the localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor is not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, then the amorphous substrate is connected Using an insulating layer with a donor semiconductor substrate and splicing, the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed; in the final, annealing is performed under conditions that ensure diffusion of the introduced impurity, coalescence and formation of nanocrystals in the amorphous insulating layer.

В способе в качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния.In the method, a silicon donor substrate is used as a semiconductor donor substrate.

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

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 полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область па требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки.In the method for forming a surface layer of a semiconductor of a desired thickness before joining a semiconductor donor substrate with an amorphous insulating layer of the substrate in a donor substrate, a softened region is created at a desired distance from the working surface, thereby highlighting a severed surface layer of a semiconductor of a given thickness to be transferred to an 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.In the method, before the implantation of hydrogen, a protective layer is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate, through which the implantation is carried out and which is removed after implantation.

В способе в аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния или германия.In the method, the ions of an easily segregating impurity are implanted into the amorphous insulating layer, which is capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer to obtain a localized region of the implanted impurity, namely silicon or germanium ions.

В способе имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов. при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%.In the method, implantation is carried out under conditions providing a concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals. at which the distance between the implanted impurity atoms is less than their diffusion length upon annealing, namely, the concentration of the impurity implanted atoms is not less than 10 at.% and not more than 20 at.%.

В способе имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, с концентрацией внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 7 им.In the method, implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, in which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, with the concentration of the embedded impurity atoms not less than 10 at.% And not more than 20 at.%, while ensuring the sizes of nanocrystals from 2 to 7 them.

В способе проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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 полупроводниковую 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 полупроводника, 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 donor semiconductor substrate and spliced, the surface layer of the semiconductor 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 localization region is formed implanted impurities, subjected to processing, ensuring their splicing, cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, working the surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer, after which the donor semiconductor 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 of the substrate -donor with the formation on the amorphous insulating layer of the substrate of the cut-off surface layer of the semiconductor, the connection and simultaneous splicing with delamination, and akzhe preceding compound and drying after washing with ultrapure deionized water jet and removing excess physically adsorbed material from their surfaces is carried out at temperatures varying from 80 to 450 ° C, duration from 0.1 to 100 hours procedures in the chamber with a vacuum January 10 ÷ 10 March Pa or in combination with an inert dry atmosphere.

В способе в финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, а именно, при температуре отжига 800÷1000°С, длительности не менее 0,5 часа, а также наличии инертной атмосферы или окисляющей атмосферы.In the method, in the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, namely, at an annealing temperature of 800 ÷ 1000 ° C, a duration of at least 0.5 hours, as well as the presence of an inert atmosphere or oxidizing atmosphere.

В способе после имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностною слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя.In the method, after implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer of ions and obtaining the localized region of the implanted impurity, before annealing the substrate with the amorphous insulating layer and the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer, additional annealing is performed under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer.

В способе дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухою кислорода при температуре от 500 до 600°C в течение 10 минут и более.In the method, additional annealing under conditions providing an additional buildup of the amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of from 500 to 600 ° C for 10 minutes or more.

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

На Фиг.1 схематично представлены основные стадии процесса изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе: I - формирование в полупроводниковой подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности разунрочненной зоны со структурными изменениями посредством имплантации ионов водорода, выделяющей отсеченный поверхностный слой полупроводника, переносимый на изолятор подложки, II - имплантация в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующих примесей. способных формировать в нем нанокристаллы, III - низкотемпературная обработка (отжиг) в окисляющей атмосфере аморфного изолирующего слоя на подложке после проведения имплантации, IV - сушка с удалением избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, соединение и сращивание подложки и подложки-донора с переносом отсеченного поверхностного слоя полупроводника на изолятор подложки в вакуумной камере или инертной атмосфере, V - высокотемпературная обработка (отжиг) после получения отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке с аморфным изолирующим слоем, подвергшимся имплантации примеси, коалесценция имплантированной примеси в аморфном изолирующем слое, формирование нанокристаллов, где 1 - подложка-донор; 2 - разупрочненная зона; 3 - подложка; 4 - аморфный изолирующий слой; 5 - область локализации имплантированной примеси; 6 - отсеченный поверхностный слой полупроводника; 7 - нанокристаллы, образованные путем коалесценции имплантированной в аморфный изолирующий слой на подложке примеси.Figure 1 schematically shows the main stages of the manufacturing process of the semiconductor-on-insulator structure: I — formation of a demagnetized zone in the donor semiconductor substrate at the required distance from the working surface of the demagnetized zone by implantation of hydrogen ions releasing a cut-off surface layer of the semiconductor transferred to the insulator substrates, II - implantation of easily segregating impurities into an amorphous insulating layer of ions. capable of forming nanocrystals in it, III — low-temperature treatment (annealing) in an oxidizing atmosphere of an amorphous insulating layer on a substrate after implantation, IV — drying to remove excess physically adsorbed substances from surfaces, joining and splicing the substrate and the donor substrate with the transfer of the cut-off surface layer semiconductor to the insulator of the substrate in a vacuum chamber or inert atmosphere, V - high-temperature processing (annealing) after receiving the cut-off surface layer of the semiconductor on a substrate with an amorphous insulating layer subjected to impurity implantation, coalescence of the implanted impurities in the amorphous insulating layer, the formation of nanocrystals, where 1 - donor substrate; 2 - softened zone; 3 - substrate; 4 - amorphous insulating layer; 5 - region of localization of the implanted impurity; 6 - severed surface layer of the semiconductor; 7 - nanocrystals formed by coalescence of an impurity implanted in an amorphous insulating layer on a substrate.

На Фиг.2 представлено фотографическое изображение структуры полупроводник-на-изоляторе со слоем захороненного оксида кремния - аморфного изолирующего слоя, содержащего нанокристаллы германия (nc-Ge), полученное методом электронной микроскопии на поперечном срезе структуры полупроводник-на-изоляторе с аморфным изолирующим слоем оксида кремния, подвергшегося имплантации ионов германия с энергией 40 кэВ и дозой 2×1016 см-2, с последующими низкотемпературной обработкой - отжигом в атмосфере сухого кислорода при температуре 570°C в течение 20 минут и высокотемпературной обработкой - отжигом на заключительном этапе при температуре 900°C в течение 1 часа.Figure 2 presents a photographic image of a semiconductor-on-insulator structure with a layer of buried silicon oxide - an amorphous insulating layer containing germanium nanocrystals (nc-Ge), obtained by electron microscopy on a cross-section of a semiconductor-on-insulator structure with an amorphous insulating oxide layer silicon subjected to implantation of germanium ions with an energy of 40 keV and a dose of 2 × 10 16 cm -2 , followed by low-temperature processing - annealing in a dry oxygen atmosphere at a temperature of 570 ° C for 20 min ut and high-temperature treatment - annealing at the final stage at a temperature of 900 ° C for 1 hour.

На Фиг.3 представлены вольт-фарадные характеристики мезаструктур. полученных на структурах полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния p-типа проводимости: 8 - без имплантации в аморфный изолирующий слой; 9 - с имплантацией в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующих примесей, способных формировать в нем нанокристаллы, в частности, ионов кремния при условиях, обеспечивающих концентрацию примеси 13 ат.%, а именно, с энергией 35 кэВ и дозой 2×1016 см-2, с последующей низкотемпературной обработкой (отжиг) в атмосфере сухою кислорода при температуре 550°С в течение 20 минут, и проведением высокотемпературной обработки после получения отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке с аморфным изолирующим слоем, подвергшимся имплантации примеси, при температуре 950°С в течение 1 часа.Figure 3 presents the capacitance-voltage characteristics of the mesastructures. obtained on semiconductor-on-insulator structures with a surface layer of silicon p-type conductivity: 8 - without implantation in an amorphous insulating layer; 9 - with implantation into the amorphous insulating layer of ions of easily segregating impurities capable of forming nanocrystals in it, in particular, silicon ions under conditions providing an impurity concentration of 13 at.%, Namely, with an energy of 35 keV and a dose of 2 × 10 16 cm - 2, followed by low temperature treatment (annealing) by the dry oxygen atmosphere at a temperature of 550 ° C for 20 minutes, and carrying out high-temperature processing after receiving an off surface layer of the semiconductor on the substrate with an amorphous insulating layer subjected impl ntatsii impurities, at a temperature of 950 ° C for 1 hour.

На Фиг.4 представлены вольт-фарадные характеристики мезаструктур, полученных на структурах полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния n-типа проводимости, с захороненным диэлектриком SiO2 - аморфный изолирующий слой, подвергшимся имплантации ионов германия при условиях, обеспечивающих объемную концентрациею 15 ат.%, с последующими низкотемпературной обработкой (отжигом) в атмосфере сухого кислорода при температуре 570°C в течение 20 минут и высокотемпературной обработкой - отжигом на заключительном этапе при температуре 900°C в течение 1 часа, при двух направлениях приложенного смещения.Figure 4 shows the capacitance-voltage characteristics of mesastructures obtained on semiconductor-on-insulator structures with a n-type silicon surface layer with a buried dielectric SiO 2 — an amorphous insulating layer subjected to implantation of germanium ions under conditions providing a volume concentration of 15 at .%, followed by low-temperature treatment (annealing) in an atmosphere of dry oxygen at a temperature of 570 ° C for 20 minutes and high-temperature processing - annealing at the final stage at a temperature of 900 ° C for 1 hour, with two directions of the applied bias.

Достижение технического результата в предлагаемом способе изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе, при реализации которого используют ионную имплантацию и прямой перенос на основе физических закономерностей, определяющих процессы переноса полупроводниковых слоев, базируется на физических закономерностях процесса диффузии имплантированных примесей, процессов сегрегации примеси и формирования нанокристаллов (нанокластеров) в объеме аморфного изолирующего слоя - захороненного диэлектрика (Фиг.1), а также физических закономерностей, определяющих влияние нанокристаллов на характеристики структур. Правомерность физических представлений достижения технического результата подверждают экспериментальные данные (Фиг.2-4).The achievement of the technical result in the proposed method for manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, the implementation of which uses ion implantation and direct transfer based on physical laws governing the transfer processes of semiconductor layers, is based on the physical laws of the diffusion process of implanted impurities, impurity segregation processes and the formation of nanocrystals ( nanoclusters) in the volume of the amorphous insulating layer - a buried dielectric (Figure 1), as well as physical laws dimensions determining the effect of nanocrystals on the characteristics of structures. The validity of physical representations of the achievement of a technical result is subject to experimental data (Figure 2-4).

Общеизвестно, что 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.) именно эта особенность была положена в основу создания структур Si/SiO2/Si. В зависимости от чистоты сращиваемых поверхностей пластин разница поверхностных энергий пар гидрофильных и гидрофобных поверхностей может достигав нескольких порядков величины. В обобщенном виде 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 полупроводника требуемой толщины на поверхность одной из сращиваемых пластин. Таким образом, одной из задач при изготовлении структуры полунроводник-на-изоляторе по предлагаемому способу (Фиг.1, стадии I, IV) является формирование на подложке 3, содержащей на рабочей поверхности аморфный изолирующий слой 4, отсеченного поверхностного слоя полупроводника 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, то есть, созданы гидрофобные поверхности.It is well known that 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 the creation of Si / SiO 2 / Si structures. Depending on the purity of the fused surfaces of the plates, the difference in surface energies of pairs of hydrophilic and hydrophobic surfaces can reach several orders of magnitude. In a generalized form, the creation of semiconductor heterostructures should be considered as a process of joining hydrophilic surfaces, including splicing of semiconductor wafers, and breaking of hydrophobic surfaces - hydrogen-induced transfer with the formation of the surface layer of a semiconductor of the required thickness on the surface of one of the fused wafers. Thus, one of the tasks in the manufacture of the semiconductor-on-insulator structure according to the proposed method (Fig. 1, stages I, IV) is the formation on the substrate 3, containing on the working surface an amorphous insulating layer 4, of a cut off surface layer of the semiconductor 6 by means of hydrogen induced transfer from a semiconductor wafer that acts as a donor substrate 1, in which, for transferring, a softened zone 2 is obtained with structural changes by implantation of hydrogen ions, i.e., with are hydrophobic surfaces.

При решении указанной задачи следует руководствоваться следующим. Параметрами, определяющими величину поверхностной энергии в любом случае, является температура и высокое структурное качество поверхностей - качество соединяемых и сращиваемых поверхностей полупроводниковой 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, полупроводниковой подложки-донора 1 из кремния и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4 из диэлектрика SiO2, 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 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 этою температур. Зачем их соединяют в пары, сращивают и расслаивают с получением поверхностного слоя полупроводника на аморфном изолирующем слое 4.In solving this problem should be guided by the following. 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 semiconductor donor substrate 1 and substrate 3 with an amorphous insulating layer 4. In this connection, one of the main requirements necessary to achieve full (100%) of the hydrophilic compound semiconductor wafers, in particular, a semiconductor substrate 1 of the donor silicon substrate 3 and the amorphous insulating layer 4 of the dielectric SiO 2, is both baking maximum possible purity surface wafers to be bonded, no physically adsorbed impurities on initial and subsequent holding surfaces directly by the hydrophilizing surfaces of the plates. After hydrophilization of the 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. Why are they paired, spliced and layered to obtain a surface layer of a semiconductor on an amorphous insulating layer 4.

Внутренние гидрофобные поверхности в соседних атомных плоскостях, которые параллельны поверхности пластины, предварительно получают в объеме полупроводника, в частности, Si при формировании в нем разупрочненной зоны 2, характеризующейся структурными изменениями, посредством имплантации ионов водорода. Создание 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 среднею 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 H+H2+ от 2×1016 см-2 и выше при их энергиях от 20 до 200 кэВ.Internal hydrophobic surfaces in adjacent atomic planes that are parallel to the wafer surface are preliminarily obtained in the volume of a semiconductor, in particular, Si, when a softened zone 2 is formed in it, characterized by structural changes, by implantation of hydrogen ions. The weakened zone 2 and, in particular, the indicated hydrophobic surfaces are created by forming bonds in the X-H-H-X layer undergoing implantation due to hydrogen capture on the stretched and weakened X-X bonds of the semiconductor matrix, perpendicular to the surface. In order to provide a depth average projected range of ions R p having two hydrophobic (100) planes with a complete (100%) coated X-H-H-H bonds in the formation of the softening zone 2 via implantation needed dose of ions H + H 2 + by 2 × 10 16 cm -2 and higher at their energies from 20 to 200 keV.

Создание разупрочненной зоны 2 и гидрофобных поверхностей являеюя началом формирования в изготавливаемой по предлагаемому способу структуре поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины. Задание толщины происходит посредством выбора режима проведения ионной имплантации.The creation of a weakened zone 2 and hydrophobic surfaces is the beginning of the formation of the required thickness in the structure of the semiconductor surface layer manufactured by the proposed method. The thickness is set by selecting the mode of ion implantation.

Далее, другой задачей при изготовлении структуры полупроводник-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 полупроводника 6 влияния фиксированного положительного заряда в области, примыкающей к границе сращивания и возникающей в результате структурных несовершенен, вызванных какими-либо факторами, например, ионизирующим излучением, характерных, в частности, для структуры, в отношении которой решена только первая вышеописанная задача. Вторая задача решается за счет формирования нанокристаллов (см. Фиг.1 стадия V, позиция 7) в аморфном изолирующем слое 3, расположенных в указанном слое вблизи области фиксированного заряда, примыкающей к границе сращивания структуры полупроводник-на-изоляторе (см. Фиг.1, стадия II, III и V). В основе решения задачи лежит способность некоторых примесных атомов сегрегировать в диэлектрической матрице при постимплантационном отжиге в результате химического разделения фаз и формировать полупроводниковые нанокластеры или нанокристаллы внутри диэлектрического слоя, которые являются центрами захвага огрицаюльных и положительных носителей заряда. Согласно имеющимся литературным источникам (A.N. Nazarov, Т. Gebel, L. Rebohle, W. Skorupa, I.N. Osiyuk, V.S. Lysenko. Trapping of negative and positive charges in Ge+ ion implanted silicon dioxide layers subjected to high-Held electron injection. J. Appl. Phys., V.94 (2003), P.P.4440-4448), сечение захвата носителей отрицательных зарядов нанокристаллами некоторых полупроводников, таких как кремний и германий, в несколько раз выше, чем сечение захвата положительных носителей заряда. Создание таких нанокристаллов из полупроводникового материала внутри диэлектрического слоя структуры полупроводник-на-изоляторе позволяет компенсировать положительные фиксированные заряды внутри слоя диэлектрика и на границах раздела между слоем захороненного диэлектрика и слоем перенесенного полупроводника, а также между слоем захороненного диэлектрика и подложкой.Further, another task in the manufacture of a semiconductor-on-insulator structure, the solution of which, in fact, ensures the achievement of a technical result. is the elimination in the amorphous insulating layer 4 located on the substrate 3, and at the interfaces of the latter with the semiconductor surface 6 cut off, of the influence of a fixed positive charge in the region adjacent to the interface and resulting from structural imperfections caused by any factors, for example, ionizing radiation, characteristic, in particular, for a structure with respect to which only the first problem described above has been solved. The second problem is solved by the formation of nanocrystals (see Fig. 1 stage V, position 7) in an amorphous insulating layer 3 located in the specified layer near the fixed-charge region adjacent to the interface of the semiconductor-on-insulator structure (see Fig. 1 , stage II, III and V). The solution to the problem is based on the ability of some impurity atoms to segregate in a dielectric matrix during postimplantation annealing as a result of chemical phase separation and to form semiconductor nanoclusters or nanocrystals inside the dielectric layer, which are trapping centers of positive and negative carriers. According to available literature (AN Nazarov, T. Gebel, L. Rebohle, W. Skorupa, IN Osiyuk, VS Lysenko. Trapping of negative and positive charges in Ge + ion implanted silicon dioxide layers to high-Held electron injection. J. Appl. Phys., V.94 (2003), PP4440-4448), the cross section for the capture of negative charge carriers by nanocrystals of certain semiconductors, such as silicon and germanium, is several times higher than the cross section for the capture of positive charge carriers. The creation of such nanocrystals from a semiconductor material inside the dielectric layer of the semiconductor-on-insulator structure allows one to compensate for positive fixed charges inside the dielectric layer and at the interfaces between the buried dielectric layer and the transferred semiconductor layer, as well as between the buried dielectric layer and the substrate.

В пользу устранения влияния фиксированного положительного заряда в результате имплантации примеси и последующего отжига с формированием нанокристаллов в структуре полупроводник-на-изоляторе свидетельствуют экспериментальные данные (Фиг.2-4).In favor of eliminating the influence of a fixed positive charge as a result of implantation of the impurity and subsequent annealing with the formation of nanocrystals in the structure of the semiconductor-on-insulator, experimental data indicate (Figure 2-4).

Фотографическое изображение (см. Фиг.2), полученное методом электронной микроскопии на поперечном срезе структуры полупроводник-на-изоляторе. демонстрирует возможность изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе со слоем захороненного оксида кремния - аморфного изолирующего слоя, содержаще) о нанокристаллы, в частности, германия (nc-Ge) в аморфном изолирующем слоем оксида кремния, посредством имплантации ионов германия с последующими низкотемпературной обработкой - отжигом в атмосфере сухого кислорода и высокотемпературной обработкой - отжигом на заключительном этапе.A photographic image (see Figure 2) obtained by electron microscopy on a cross-section of a semiconductor-on-insulator structure. demonstrates the possibility of fabricating a semiconductor-on-insulator structure with a layer of buried silicon oxide — an amorphous insulating layer containing) nanocrystals, in particular germanium (nc-Ge) in an amorphous insulating layer of silicon oxide, by implanting germanium ions followed by low-temperature treatment — annealing in an atmosphere of dry oxygen and high-temperature treatment - annealing at the final stage.

Вольтфарадные характеристики структур полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния p-типа проводимости (см. Фиг.3), измеренные на изготовленных литографически мезаструктурах, демонстрируют: в случае структуры, содержащей нанокристаллы кремния в захороненном слое диэлектрика, они характеризуются меньшими смещениями в напряжении плоских зон, соответствующих фиксированному положительному заряду, по сравнению с вольтфарадными характеристиками структур с захороненным слоем диэлектрика, выполненным без имплантации в него примеси и, соответственно, без формирования нанокристаллов. Это свидетельствует о формировании ловушек отрицательных зарядов в захороненном диэлектрике, компенсирующих встроенный положительный заряд.The capacitance-voltage characteristics of semiconductor-on-insulator structures with a p-type silicon surface layer of conductivity (see FIG. 3), measured on lithograph-produced mesastructures, demonstrate: in the case of a structure containing silicon nanocrystals in a buried dielectric layer, they are characterized by lower voltage displacements flat zones corresponding to a fixed positive charge, compared with the capacitance-voltage characteristics of structures with a buried dielectric layer, performed without implantation in it at Mesi and, accordingly, without the formation of nanocrystals. This indicates the formation of traps of negative charges in the buried dielectric, compensating for the built-in positive charge.

Вольтфарадные характеристики структур полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния n-типа проводимости (см. Фиг.4), измеренные на изготовленных литографически мезаструктурах, проказывают, что в случае формирования структуры, содержащей нанокристаллы германия в захороненном слое диэлек1рика, посредством имплантации ионов германия и последующих отжигов, низкотемпературного и высокотемпературного, они обладают левоциркулярным гистерезисом и достаточно большим смещением в напряжении плоских зон, которое составляет около 20 В. Это указывает на присутствие в диэлектрике мелких ловушек отрицательных зарядов.The capacitance-voltage characteristics of semiconductor-on-insulator structures with a surface layer of n-type silicon (see Fig. 4), measured on lithographically prepared mesastructures, show that in the case of the formation of a structure containing germanium nanocrystals in a buried dielectric layer by implantation of germanium ions and subsequent annealings, low-temperature and high-temperature, they have a left hysteresis and a sufficiently large shift in the voltage of the flat zones, which is about 20 V This indicates the presence of small traps of negative charges in the dielectric.

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

1. В пластине полупроводника - подложке-доноре 1 формируют разупрочненную зону 2 на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий при проведении дальнейших операций переносу на диэлектрик подложки. Для формирования разупрочненной зоны 2 в подложку-донор 1 проводят имплантацию водорода. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой пластины - подложки-донора 1, в качестве которой используют подложку-донор из кремния, может быть выращен защитный слой окисла кремния, через который проводят имплатацию 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 полупроводника требуемой толщины, то есть, эта стадия - есть начальный этап формирования поверхностного слоя полупроводника, в частности, кремния, требуемой толщины.1. A softened zone 2 is formed in the semiconductor wafer - the donor substrate 1 at the required distance from the working surface, thus highlighting the cut-off surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must be transferred to the substrate dielectric during further operations. To form a weakened zone 2, hydrogen implantation is carried out in the donor substrate 1. Before the implantation of hydrogen on the working surface of the semiconductor wafer - the donor substrate 1, which is used as a donor substrate of silicon, a protective layer of silicon oxide can be grown through which the 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 of the required thickness in the structure of the surface layer of the semiconductor, that is, this stage is the initial stage of formation of the surface layer of the semiconductor, in particular silicon, of the required thickness.

2. Осуществляют первый этап в решении задачи, направленной на улучшение свойств структуры полупроводник-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 полупроводника 6 влияния встроенною положительного заряда, обусловленного структурными несовершенствами. В аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 осуществляют имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, способной при проведении постимплантационного отжига формировать в объеме аморфного изолирующего слоя нанокристаллы, захватывающие отрицательные носители зарядов и устраняющие влияние встроенных положительных зарядов. Размеры нанокристаллов составляют от 2 до 7 им. В результате проведения имплантации в аморфном изолирующем слое 4 формируют область локализации имплантированной примеси 5 (II стадия, Фиг.2). Условия проведения имплантации, в частности, энергию ионов, выбирают, исходя из получения профиля имплантированной примеси - области локализации имплантированной примеси 5, расположенной вблизи области встроенного положительного заряда, обусловленного структурными несовершенствами, то есть в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и па границе раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем полупроводника 6, но не ближе расстояния от границы раздела, равного длине диффузии внедренной примеси при проведении последующих термообработок. Соответственно, формирование нанокристаллов при условиях последующих термообрабогок проводят в объеме аморфного изолирующего слоя 4. Конкретные значения энергий определяются параметрами аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, например, качеством диэлектрика, а также условиями последующих термообработок. Кроме того, условия проведения имплантации, в частности дозы ионов, выбирают, исходя из получения концентрации внедряемой примеси в области локализации имплантированной примеси 5 достаточной для устранения негативных проявлений электрически активных дефектов - фиксированного пространственного положительного заряда. Концентрация внедряемой примеси при этом такова, что расстояние между имплантированными примесными атомами меньше, чем длина их диффузии при проведении последующих термообработок. В частности, концентрация, внедренных ионов составляет от 10 ат.% до 20 ат.%. Соответствующие значения доз внедряемых ионов определяются параметрами аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, включая качество диэлектрика, ею толщину, а также условиями отжига. Указанные факторы обеспечивают формирование нанокристаллов размером от 2 до 7 нм. В качестве подложки 3 используют подложку из кремния. В качестве аморфного изолирующего слоя 4 используют диэлектрик оксид кремния. Аморфный изолирующий слой 4 предварительно выполняют на подложке 3. например, путем ее окисления. В качестве ионов легко сегрегирующей примеси используют ионы кремния или германия.2. Carry out the first stage in solving the problem aimed at improving the properties of the semiconductor-on-insulator structure and expanding the technological scope of the method. The purpose of the stage is to introduce an impurity into the amorphous insulating layer 4 to improve the fabricated structure, to eliminate the influence of the built-in positive charge due to structural imperfections in the amorphous insulating layer 4 located on the substrate 3 and at the interfaces between the latter and the semiconductor surface 6 cut off. Ions of an easily segregating impurity are implanted into an amorphous insulating layer 4 on a substrate 3, which, during postimplantation annealing, can form nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer that capture negative charge carriers and eliminate the influence of built-in positive charges. The sizes of nanocrystals are from 2 to 7 im. As a result of implantation in the amorphous insulating layer 4, a localization region of the implanted impurity 5 is formed (stage II, FIG. 2). The implantation conditions, in particular, the ion energy, are selected on the basis of obtaining the profile of the implanted impurity — the localization region of the implanted impurity 5 located near the built-in positive charge region due to structural imperfections, i.e., in the amorphous insulating layer 4 located on the substrate 3, and at the interface between the latter and the cut off surface layer of semiconductor 6, but not closer than the distance from the interface, equal to the diffusion length of the introduced impurity during the last constituents heat treatments. Accordingly, the formation of nanocrystals under conditions of subsequent heat treatment is carried out in the volume of the amorphous insulating layer 4. The specific energy values are determined by the parameters of the amorphous insulating layers 4 in the structures, for example, the quality of the dielectric, as well as the conditions of subsequent heat treatments. In addition, the conditions for implantation, in particular the dose of ions, are selected on the basis of obtaining the concentration of the introduced impurity in the area of localization of the implanted impurity 5 sufficient to eliminate the negative manifestations of electrically active defects - a fixed positive spatial charge. In this case, the concentration of the introduced impurity is such that the distance between the implanted impurity atoms is less than the length of their diffusion during subsequent heat treatments. In particular, the concentration of embedded ions ranges from 10 at.% To 20 at.%. The corresponding dose rates of the introduced ions are determined by the parameters of the amorphous insulating layers 4 in the structures, including the quality of the dielectric, its thickness, and also the annealing conditions. These factors ensure the formation of nanocrystals ranging in size from 2 to 7 nm. As the substrate 3, a silicon substrate is 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. Silicon or germanium ions are used as ions of easily segregating impurities.

3. После проведения имплантации в аморфный изолирующий слой 4 ионов легко сегрегирующей примеси и формирования области локализации имилантированной примеси 5 осуществляют низкотемпературную обработку (отжиг) аморфною изолирующего слоя 4 на подложке 3 в окисляющей атмосфере (III стадия, Фиг.1). Указанную обработку проводят в атмосфере сухого кислорода при температуре от 500 до 600°C в течение 10 минут и более. Стадию осуществляют в следующих целях. Профиль распределения внедренной примеси, как правило, имеет гауссианобразную форму с асимметрией в сторону поверхности, которая приводит к выходу части примеси на поверхность. При этом внедряемые примесные атомы, взаимодействуя, могут формировать избыточные Si-Si, Si-Ge, Ge-Ge связи, которые создают дополнительные центры захвата положительных зарядов на поверхности, ухудшая свойства структуры. Для устранения указанной негативной особенности проводят дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя 4, в частности, путем окисляющей низкотемпературной обработки. В результате такой обработки устраняются избыточные ненасыщенные кислородом связи на поверхности полупроводника, в частности, кремния и улучшается качество границы раздела между аморфным изолирующим слоем 4 и поверхностным слоем полупроводника 6.3. After implantation into the amorphous insulating layer 4 of ions of easily segregating impurity and the formation of a localization region of the imilanted impurity 5, low-temperature processing (annealing) of the amorphous insulating layer 4 on the substrate 3 is carried out in an oxidizing atmosphere (stage III, FIG. 1). The specified processing is carried out in an atmosphere of dry oxygen at a temperature of from 500 to 600 ° C for 10 minutes or more. The stage is carried out for the following purposes. The distribution profile of the embedded impurity, as a rule, has a Gaussian shape with asymmetry towards the surface, which leads to the release of part of the impurity to the surface. In this case, implanted impurity atoms, interacting, can form excess Si-Si, Si-Ge, Ge-Ge bonds, which create additional centers of capture of positive charges on the surface, worsening the properties of the structure. To eliminate this negative feature, an additional build-up of the amorphous insulating layer 4 is carried out, in particular, by oxidizing low-temperature treatment. As a result of this treatment, excess oxygen-unsaturated bonds on the surface of the semiconductor, in particular silicon, are eliminated and the quality of the interface between the amorphous insulating layer 4 and the surface layer of the semiconductor 6 is improved.

4. После проведения вышерассмотренных стадий изготовления структуры приступают к заключительному этапу формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины (VI стадия, Фиг.1) и, собственно говоря, получению структуры, качество которой подлежит улучшению в ходе дальнейших действий. На подложке 3, содержащей на рабочей поверхности аморфный изолирующий слой 4, формируют отсеченный поверхностный слой полупроводника 6 за счет водородно-индуцированного переноса. Для реализации переноса подложку-донор 1 с созданной в пей 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 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 полупроводника - 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.4. After conducting the above stages of fabrication of the structure, proceed to the final stage of forming the surface layer of the semiconductor of the required thickness (stage VI, Figure 1) and, in fact, obtaining a structure whose quality is to be improved in the course of further actions. On the substrate 3, containing on the working surface an amorphous insulating layer 4, a cut off surface layer of semiconductor 6 is formed due to hydrogen-induced transfer. In order 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 localized region 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 donor substrate 1 is connected to the substrate 3 with an amorphous insulating layer 4 by the parties that underwent the indicated procedures, simultaneously spliced and delaminated over the weakened region 2 of the donor substrate 1 with the formation of a semiconductor-clipped silicon layer on the amorphous insulating layer 4 of the substrate 4. 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.

5. При доведении процесса до рассматриваемой стадии структура полупроводник-на-изоляторе, в общем, изготовлена, и остается реализовать заключительный этап решения задачи, направленной на улучшение характеристик структуры полупроводник-на-изоляторе и расширения технологической сферы применения способа. Цель проведения данного этапа - осуществление диффузии внедренной легко сегрегирующей примеси с образованием нанокристаллов в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, способствующих устранению негативного влияния области встроенного положительного заряда в аморфном изолирующем слое 4 и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем полупроводника 6. Па данной стадии изготовления структуры проводник-па-изоляторе (V стадия, Фиг.1) проводят высокотемпературную обработку (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 полупроводника 6 - аморфный изолирующий слой 4, ее коалесценцию и формирование нанокристаллов в объеме аморфною изолирующего слоя 4. Условия обработки - температурный режим и продолжительность, а именно, температуры отжига 800÷1000°C, длительность не менее 0,5 часа, а также наличие инертной атмосферы или окисляющей атмосферы. Условия высокотемпературной обработки выбирают исходя из достижения в совокупности коалесценции имплантированной в аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 примеси и формирования нанокристаллов с размерами от 2 до 7 нм внутри аморфной матрицы, но в тоже время без возможности реализации диффузии имплантированных примесных атомов к границам раздела отсеченный поверхностный слой полупроводника 6 - аморфный изолирующий слой 4 и аморфный изолирующий слой 4 - подложка 3. 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 изолирующею слоя 4, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора 1 отсеченного поверхностного слоя полупроводника 6, на расстоянии от границы сращивания не ближе длины диффузии примеси. В других случаях конкретные режимы отжига будут отличаться от указанных.5. When the process is brought to the stage under consideration, the semiconductor-on-insulator structure is generally manufactured, and it remains to implement the final stage of solving the problem aimed at improving the characteristics of the semiconductor-on-insulator structure and expanding the technological scope of the method. The purpose of this stage is to diffuse the embedded easily segregating impurity with the formation of nanocrystals in the amorphous insulating layer 4 located on the substrate 3, which helps to eliminate the negative influence of the built-in positive charge region in the amorphous insulating layer 4 and at the interfaces between the latter and the cut off surface layer of semiconductor 6. Pa this stage of the manufacture of the structure of the conductor-pa-insulator (V stage, Figure 1) carry out high-temperature processing (annealing) under conditions, in aggregate and ensuring the diffusion of the impurity implanted into the amorphous insulating layer 4 on the substrate 3 from the localization region of the implanted impurity 5 to the interfaces, in particular, the interface, the semiconductor surface cut off 6 - amorphous insulating layer 4, its coalescence and the formation of nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer 4. Processing conditions - temperature conditions and duration, namely, annealing temperatures of 800 ÷ 1000 ° C, a duration of at least 0.5 hours, as well as the presence of an inert atmosphere or an oxidizing atmosphere. The conditions of high-temperature processing are selected based on the achievement of the total coalescence of the impurity implanted in the amorphous insulating layer 4 on the substrate 3 and the formation of nanocrystals with sizes from 2 to 7 nm inside the amorphous matrix, but at the same time without the possibility of diffusion of the implanted impurity atoms to the cut-off interface the semiconductor layer 6 is an amorphous insulating layer 4 and an amorphous insulating layer 4 is a substrate 3. Note that these specific annealing conditions are valid in the case of of locating the implanted impurity 5 localization region or forming the impurity atom distribution profile, as described above, in half of the amorphous insulating layer 4 adjacent to the interface of the semiconductor 6 cut-off surface layer transferred from the donor substrate 1 at a distance from the interface of adhesion no closer impurity diffusion lengths. 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 4 на подложке 3. выполняющий роль аморфной матрицы, имплантации ионов легко сегрегирующей примеси, способной формировать внутри аморфного изолирующего слоя 4 нанокристаллы с размерами от 2 до 7 нм при условиях имплантации и условиях последующего отжига, а также в осуществлении низкотемпературной постимплантационной обработки поверхности аморфного изолирующего слоя 4 в окисляющей атмосфере.The main difference between the proposed method and the closest technical solution is the implementation of an amorphous insulating layer 4 on a substrate 3. acting as an amorphous matrix, implanting ions of an easily segregating impurity capable of forming nanocrystals with sizes from 2 to 7 nm inside the amorphous insulating layer 4 under implantation conditions and conditions of subsequent annealing, as well as in the implementation of low-temperature post-implantation surface treatment of the amorphous insulating layer 4 in an oxidizing atmosphere.

Достижение технического результата обеспечивается, во-первых, за счет имплантации ионов легко сегрегирующей примеси дозами, достаточными для формирования нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя 4, во-вторых, за счет постимплантационной высокотемпературной обработки, обеспечивающей диффузию внедренной примеси, ее коалесценцию и формирование нанокристаллов. В результат достигается отсутствие негативного влияния встроенного положительного заряда в диэлектрике структуры и на границе раздела диэлектрик - поверхностный слон полупроводника. В свою очередь это приводит к улучшению электрофизических характеристик структуры полупроводник-на-изоляторе, в частности, при наличии ионизирующего облучения.The achievement of the technical result is ensured, firstly, by implanting ions of easily segregating impurity with doses sufficient for the formation of nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer 4, and secondly, by post-implantation high-temperature processing, which ensures diffusion of the introduced impurity, its coalescence and the formation of nanocrystals. As a result, there is no negative effect of the built-in positive charge in the dielectric of the structure and at the interface between the insulator and the surface elephant of the semiconductor. In turn, this leads to an improvement in the electrophysical characteristics of the semiconductor-on-insulator structure, in particular, in the presence of ionizing radiation.

В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации заявляемого способа с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры.As information confirming the possibility of implementing the proposed method with the achievement of the specified technical result, we give the following examples.

Пример 1.Example 1

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным па ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате имплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 300 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1015 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов 3 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 35 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer, to obtain a localized region of the implanted impurity, namely, Si + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions 2 × 10 15 cm -2 , while ensuring the size of the nanocrystals 3 them. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 35 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C в течение 1 часа.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of from 500 ° C for 1 hour.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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 поверхности, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем полупроводниковую 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 поверхностною слоя полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 103 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by means of hydrogen ion implantation and the substrate with an amorphous insulating layer in which the localized region of the implanted impurity is formed is subjected to a process that ensures their splicing — cleaning and hydrophilization of the surface on which the splicing is performed, the working surface of the substrate the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface layer cut off 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 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 the surfaces is carried out at 200 ° C and a duration of 0.1 hour . The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 3 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 950°C, длительностью 5 часов, при наличии инертной атмосферы аргона.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 950 ° C for 5 hours, in the presence of an inert argon atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером 3 нм.The result is a structure containing Si of 0.6 micron and 0.3 micron SiO 2 on Si substrate, a silicon nanocrystals in the SiO 2 layer of 3 nm in size.

Пример 2.Example 2

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 300 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×10 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 3 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 40 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer, to obtain a localized region of the implanted impurity, namely, Si + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 2 × 10 cm -2 , while providing nanocrystal sizes from 2 to 3 nm. Obtaining the localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing is achieved by using ion energy of 40 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 570°C в течение 20 минут.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 570 ° C for 20 minutes.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в ко юром сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизании поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 102 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by implanting hydrogen ions and the substrate with an amorphous insulating layer, in which the region of localization of the implanted impurity is formed, is subjected to a treatment that ensures their splicing, cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, the working surface of the substrate - a donor, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface cut off on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, 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 the surfaces is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 2 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 950°C, длительностью 2 часов, при наличии инертной атмосферы азота.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 950 ° C for 2 hours, in the presence of an inert nitrogen atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером 2÷3 им.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.3 μm SiO 2 on a Si substrate, with silicon nanocrystals in a SiO 2 layer of size 2–3.

Пример 3.Example 3

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. К качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 300 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 4×10 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 5 нм, через который проводя г имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 5-nm-thick silicon oxide layer mentioned above, through which the implantation is performed and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 3×1016 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 5 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 60 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer, to obtain a localized region of the implanted impurity, namely, Si + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 3 × 10 16 cm -2 , while ensuring the sizes of nanocrystals from 3 to 5 im. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 60 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 10 минут.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 600 ° C for 10 minutes.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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 изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхности осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by implantation of hydrogen ions and the substrate with an amorphous insulating layer in which the region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing, cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, the working surface of the substrate the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface cut off 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 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 the removal of excess physically adsorbed substances from surfaces is carried out at 200 ° C and duration 0.1 hours. The previous drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surface is carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 980°C, длительностью 0,5 часов, при наличии инертной атмосферы аргона.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 980 ° C, for a duration of 0.5 hours, in the presence of an inert argon atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером от 3 до 5 им.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.3 μm SiO 2 on a Si substrate, with silicon nanocrystals in a SiO 2 layer ranging in size from 3 to 5 im.

Пример 4.Example 4

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результат иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, the region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующею слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 400 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностью слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре па 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 semiconductor layer of the specified thickness cut off by the surface and 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имнлантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×10 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов ог 4 до 5 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 100 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer, to obtain a localization region of the implanted impurity, namely, Si + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 1 × 10 cm -2 , while ensuring the sizes of og 4 nanocrystals up to 5 im. Obtaining the localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the introduced impurity during annealing is achieved by using ion energy of 100 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностною слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 10 минут.After implanting ions of an easily segregated impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing, and forming the surface layer of the semiconductor, under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 600 ° C for 10 minutes.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в ко юром 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 изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by implanting hydrogen ions and the substrate with an amorphous insulating layer, in which the region of localization of the implanted impurity is formed, is subjected to a treatment that ensures their splicing — cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, the working surface of the substrate - a donor, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface cut off on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, 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 the surfaces is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 980°C, длительностью 1 час, при наличии инертной атмосферы аргона.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 980 ° C for 1 hour, in the presence of an inert argon atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером от 4 до 5 им.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate, with silicon nanocrystals in a SiO 2 layer ranging in size from 4 to 5 im.

Пример 5Example 5

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 400 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоягии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 120 кэВ и дозы 2×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 7 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 100 к эВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer, to obtain a localized region of the implanted impurity, namely, Si + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 2 × 10 17 cm -2 , while ensuring the sizes of nanocrystals from 3 to 7 them. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 100 eV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 30 минут.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 600 ° C for 30 minutes.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. 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 поверхности проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 102 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by means of hydrogen ion implantation and the substrate with an amorphous insulating layer in which the localized region of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing — cleaning and hydrophilization of the surfaces, but which are spliced, of the working surface of the substrate the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface cut off 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 the surface is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 2 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси. коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 6 часов, затем при температуре 950°C, длительностью 6 часов, затем при температуре 1000°C, длительностью 1 час, при наличии окисляющей атмосферы сухого кислорода. После отжига проводят химическую обработку в плавиковой кислоте.Final annealing, under conditions providing diffusion of the embedded impurity. coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer is carried out at an annealing temperature of 900 ° C for 6 hours, then at 950 ° C for 6 hours, then at 1000 ° C for 1 hour, in the presence of an oxidizing atmosphere of dry oxygen. After annealing, chemical treatment is carried out in hydrofluoric acid.

В результате получают структуру, содержащую 0,2 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером от 3 до 7 им.The result is a structure containing 0.2 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate, with silicon nanocrystals in the SiO 2 layer ranging in size from 3 to 7 them.

Пример 6.Example 6

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 300 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 им, через который проводя г имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 the implantation of hydrogen, a protective layer is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — a layer of silicon oxide mentioned above, with a thickness of 50, through which the implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имнлантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×1016 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 3 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 40 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the bulk of the amorphous insulating layer, to obtain the localization region of the implanted impurity, namely, Ge + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 1 × 10 16 cm -2 , while ensuring the sizes of nanocrystals from 2 to 3 them. Obtaining the localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing is achieved by using ion energy of 40 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C в течение 1 часа.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of from 500 ° C for 1 hour.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочпенной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергаю г 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 изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 поверхностною слоя полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. A donor substrate with a disintegrated zone created by means of hydrogen ion implantation and a substrate with an amorphous insulating layer, in which a region of localization of the implanted impurity is formed, I undergo treatment that ensures their splicing, cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, the working surface of the substrate - a donor, from the side of which implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer is carried out. Then, the semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface layer cut off on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, 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 the surfaces is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси. коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое. осуществляют при температуре отжига 800°C, длительностью 4 часа, при наличии инертной атмосферы аргона.Final annealing, under conditions providing diffusion of the embedded impurity. coalescence and formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer. carried out at an annealing temperature of 800 ° C, lasting 4 hours, in the presence of an inert atmosphere of argon.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 2 до 3 им.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.3 μm SiO 2 on a Si substrate, with germanium nanocrystals in the SiO 2 layer ranging in size from 2 to 3 them.

Пример 7.Example 7

При реализации способа изготовления структуры полупроводпик-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплаптировацной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method for manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующею слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. As the substrate, a silicon substrate is used, and as an amorphous insulating layer on its surface, a silicon oxide insulator grown thermally with a thickness of 300 nm is used.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочпенную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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, thus highlighting the cut-off surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию попов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×1016 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов около 3 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 35 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with priests of easily segregated impurities, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer, to obtain the localization region of the implanted impurity, namely, Ge + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions 1 × 10 16 cm -2 , while ensuring the size of the nanocrystals of about 3 them. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 35 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C в течение 1 часа.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of from 500 ° C for 1 hour.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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 аморфною изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струси ультрачистой деиопизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by implantation of hydrogen ions and the substrate with an amorphous insulating layer in which the region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing, cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, the working surface of the substrate the donor, from the side of which the implantation of hydrogen ions is carried out, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the semiconductor donor substrate is connected to the substrate with an amorphous insulating layer by the sides in relation to which the above procedures are performed. at the same time, they coalesce and delaminate over the weakened region of the donor substrate with the formation on the amorphous insulating layer of the substrate of a cut-off surface layer of the semiconductor. 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 the jet of ultrapure deiopized water and the removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 800°C, длительностью 4 часа, при наличии инертной атмосферы азота.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 800 ° C, lasting 4 hours, in the presence of an inert nitrogen atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером около 3 им.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.3 μm SiO 2 on a Si substrate, with germanium nanocrystals in a SiO 2 layer about 3 in size.

Пример 8.Example 8

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 им.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. As the substrate, a silicon substrate is used, and as an amorphous insulating layer on its surface, a silicon dioxide insulator grown thermally with a thickness of 300 im.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 3×10 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 4 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 50 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the bulk of the amorphous insulating layer, to obtain the localization region of the implanted impurity, namely, Ge + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per counting the dose of ions 3 × 10 cm -2 , while ensuring the size of the nanocrystals from 2 to 4 them. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 50 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 550°C в течение 0,5 часа.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of from 550 ° C for 0.5 hours.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имнлатании 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, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by the implantation of hydrogen ions and the substrate with an amorphous insulating layer in which the region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing — cleaning and hydrophilization of the surfaces, but which are spliced, of the working surface of the substrate — the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface cut off on the amorphous insulating layer of the substrate. In this case, 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 the surfaces is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 4 часа, при наличии инертной атмосферы азота.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 900 ° C, lasting 4 hours, in the presence of an inert nitrogen atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 2 до 4 нм.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.3 μm SiO 2 on a Si substrate, with germanium nanocrystals in a SiO 2 layer ranging in size from 2 to 4 nm.

Пример 9.Example 9

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 400 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцироваль в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 6 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 100 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the bulk of the amorphous insulating layer, to obtain the localization region of the implanted impurity, namely, Ge + ions. The specified impurity is capable of coalescing under conditions of phase separation during subsequent annealing and to form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 1 × 10 17 cm -2 , while ensuring the sizes of nanocrystals from 3 to 6 nm. Obtaining the localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the introduced impurity during annealing is achieved by using ion energy of 100 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 570°C в течение 0,5 часа.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 570 ° C for 0.5 hours.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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 изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by implantation of hydrogen ions and the substrate with an amorphous insulating layer in which the region of localization of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing, cleaning and hydrophilization of the surfaces on which the splicing is performed, the working surface of the substrate the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface cut off 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 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 the surfaces is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 2 часа, при наличии инертной атмосферы аргона.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 900 ° C for a duration of 2 hours in the presence of an inert argon atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 3 до 6 нм.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate, with germanium nanocrystals in the SiO 2 layer ranging in size from 3 to 6 nm.

Пример 10.Example 10

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing a method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurity are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 400 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 2,5×101 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 им, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 1 cm -2 . Before hydrogen implantation, a protective layer is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the silicon oxide layer mentioned above, with a thickness of 50, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 7 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 150 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the bulk of the amorphous insulating layer, to obtain the localization region of the implanted impurity, namely, Ge + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 2 × 10 17 cm -2 , while ensuring the sizes of nanocrystals from 3 to 7 them. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 150 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 0,5 часа.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 600 ° C for 0.5 hours.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают что разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. 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 поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by means of hydrogen ion implantation and the substrate with an amorphous insulating layer in which the localized region of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing — cleaning and hydrophilization of the surfaces, but which are spliced, of the working surface of the substrate the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the semiconductor 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 splicing and delaminating that weakened region of the donor substrate with the formation of a semiconductor surface with a cut off surface layer. In this case, the connection and simultaneous splicing with delamination are 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 the surfaces is carried out at 200 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 0,5 часа, при наличии инертной атмосферы аргона.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 900 ° C, for a duration of 0.5 hours, in the presence of an inert argon atmosphere.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0.4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 3 до 7 нм.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate, with germanium nanocrystals in the SiO 2 layer ranging in size from 3 to 7 nm.

Пример 11.Example 11

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-па-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing the method of manufacturing the semiconductor-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, into which ions of easily segregating impurities are implanted, which are capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, a region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 400 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу па 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the 50 nm thick silicon oxide layer mentioned above, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 5 до 7 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 150 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the bulk of the amorphous insulating layer, to obtain the localization region of the implanted impurity, namely, Ge + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 2 × 10 17 cm -2 , while ensuring the sizes of nanocrystals from 5 to 7 nm. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 150 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 0,5 часа.After implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing and forming the semiconductor surface layer under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 600 ° C for 0.5 hours.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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 поверхности, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую 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 полупроводника. 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 поверхностей проводят при 80°C и длительности 1 час. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхности осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by implantation of hydrogen ions and the substrate with an amorphous insulating layer in which the localized region of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing — cleaning and hydrophilization of the surface, but which splicing is performed on, the working surface of the substrate the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 with the formation of a semiconductor surface cut off 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 surfaces is carried out at 80 ° C and lasts 1 hour. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surface are carried out in a chamber with a vacuum of 10 1 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 6 часов, затем при температуре отжига 950°C, длительностью 6 часов, затем при температуре отжига 1000°C, длительностью 1 час, при наличии окисляющей атмосферы сухого кислорода. После отжига проводят химическую обработку в плавиковой кислоте.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the introduced impurity, coalescence and formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 900 ° C, lasting 6 hours, then at an annealing temperature of 950 ° C, lasting 6 hours, then at an annealing temperature of 1000 ° C , lasting 1 hour, in the presence of an oxidizing atmosphere of dry oxygen. After annealing, chemical treatment is carried out in hydrofluoric acid.

В результате получают структуру, содержащую 0,2 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 5 до 7 нм.The result is a structure containing 0.2 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate, with germanium nanocrystals in the SiO 2 layer ranging in size from 5 to 7 nm.

Пример 12.Example 12

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в которой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результат иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.When implementing the method of manufacturing the semiconductor-on-insulator structure, a substrate is taken with an amorphous insulating layer made on its surface, in which ions are easily implanted with an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer. As a result of implantation, the region of localization of the implanted impurity is obtained. The implantation is carried out under conditions that ensure the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and also provide a localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurities during annealing. Then, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a semiconductor donor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed. In the final, annealing is carried out under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.As the semiconductor donor substrate, a silicon donor substrate is used. A silicon oxide layer is grown in the composition of the donor substrate from silicon. A silicon substrate is used as a substrate, and a silicon oxide grown thermally 400 nm thick is used as an amorphous insulating layer on its surface.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника 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 полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 им, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.To form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, before joining the semiconductor 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 severed surface layer of the semiconductor of a given thickness, which must 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 is grown on the working surface of the donor semiconductor substrate — the silicon oxide layer mentioned above, with a thickness of 50, through which implantation is carried out and which is removed after implantation.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1,5×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 4 до 7 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 135 кэВ.The amorphous insulating layer is implanted with ions of an easily segregating impurity, which is capable of forming nanocrystals in the bulk of the amorphous insulating layer, to obtain the localization region of the implanted impurity, namely, Ge + ions. The specified impurity is able to coalesce under phase separation upon subsequent annealing and form nanocrystals. The implantation is carried out under conditions ensuring the concentration of the introduced impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the embedded impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of the embedded impurity atoms is not less than 10 at.% And not more than 20 at.% Per the dose of ions is 1.5 × 10 17 cm -2 , while ensuring nanocrystal sizes from 4 to 7 nm. Obtaining the localization region of the implanted impurity, located at a distance from the surface layer of the semiconductor not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, is achieved by using ion energy of 135 keV.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностною слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 20 минут.After implanting ions of an easily segregated impurity into the amorphous insulating layer and obtaining the localized region of the implanted impurity, additional annealing is carried out before the amorphous insulating layer is donated with the donor semiconductor substrate, splicing, and forming the surface layer of the semiconductor, under conditions that provide additional growth of the amorphous insulating layer. Additional annealing under conditions providing an additional build-up of an amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of 600 ° C for 20 minutes.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем полупроводниковую 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 отсеченною поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 300°C в течение 100 часов, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 300°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 102 Па.After additional annealing, the substrate is joined by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and spliced, and the surface layer of the semiconductor of the required thickness is formed as follows. The donor substrate with the weakened zone created by means of hydrogen ion implantation and the substrate with an amorphous insulating layer in which the localized region of the implanted impurity is formed is subjected to processing that ensures their splicing — cleaning and hydrophilization of the surfaces, but which are spliced, of the working surface of the substrate the donor, from which the implantation of hydrogen ions, and the surface of the amorphous insulating layer. Then, the donor semiconductor 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 semiconductor surface with a cut off surface layer. 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 removal of excess physically adsorbed substances from surfaces is carried out at 300 ° C and lasts 0.1 hours. The operations of joining, splicing and delamination prior to drying and removal of excess physically adsorbed substances from the surfaces are carried out in a chamber with a vacuum of 10 2 Pa.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 970°C, длительностью 0,5 часа, при наличии инертной атмосферы азота.Final annealing, under conditions ensuring diffusion of the embedded impurity, coalescence and the formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, is carried out at an annealing temperature of 970 ° C, for a duration of 0.5 hours, in the presence of an inert atmosphere of nitrogen.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 4 до 7 им.The result is a structure containing 0.6 μm Si and 0.4 μm SiO 2 on a Si substrate, with germanium nanocrystals in a SiO 2 layer of size 4 to 7 im.

Таким образом, положительным эффектом от предлагаемого способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе с использованием имплантации ионов легко сегрегирующей примеси, способной формировать нанокристаллы, в диэлектрик одной полупроводниковой пластины, водородно-индуцированного переноса полупроводникового слоя с другой полупроводниковой пластины и последующего высокотемпературного отжига является:Thus, the positive effect of the proposed method for manufacturing a semiconductor-on-insulator structure using implantation of ions of easily segregating impurities capable of forming nanocrystals in the dielectric of one semiconductor wafer, hydrogen-induced transfer of the semiconductor layer 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. Высокое качество диэлектрика за счет снижения степени его разупорядоточения. достигнутое имплантацией примеси в область диэлектрика, примыкающую к границе сращивания структуры полупроводник-на-изоляторе.2. High quality dielectric by reducing the degree of disorder. achieved by implantation of an impurity into the dielectric region adjacent to the semiconductor-on-insulator structure splicing boundary.

3. Улучшенное качество перенесенного слоя полупроводника, достигнутое за счет компенсации встроенного положительного заряда в захороненном аморфном слое.3. The improved quality of the transferred semiconductor layer, achieved by compensating the built-in positive charge in the buried amorphous layer.

4. Обеспечение повышенной стойкости структуры полупроводник-на-изоляторе к воздействию ионизирующего излучения за счет введения ловушек отрицательных зарядов в захороненный аморфный (диэлектрический) слой, компенсирующих генерируемые ионизирующим облучением положительные заряды. Данные преимущества являются следствием сегрегации имплантированной примеси внутри аморфного слоя и формирования полупроводниковых нанокристаллов внутри захороненного аморфного слоя структуры полупроводник-на-изоляторе, являющихся ловушками отрицательных зарядов и улучшающих качество изолирующею слоя, качество границ раздела между изолирующим слоем и слоем монокристаллическою полупроводника и качество перенесенного слоя полупроводника.4. Ensuring increased resistance of the semiconductor-on-insulator structure to the effects of ionizing radiation by introducing traps of negative charges into the buried amorphous (dielectric) layer, compensating for the positive charges generated by ionizing radiation. These advantages are the result of segregation of the implanted impurity inside the amorphous layer and the formation of semiconductor nanocrystals inside the buried amorphous layer of the semiconductor-on-insulator structure, which are traps of negative charges and improve the quality of the insulating layer, the quality of the interface between the insulating layer and the single-crystal semiconductor layer and the quality of the transferred semiconductor layer .

Claims (14)

1. Способ изготовления структуры полупроводник-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 полупроводниковую подложку-донор и проводят сращивание, осуществляют отжиг, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, отличающийся тем, что имплантацию проводят в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, и получают область локализации имплантированной примеси при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, в финале осуществляют отжиг, при условиях, обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.1. A method of manufacturing a semiconductor-on-insulator structure, which consists in the fact that they take a substrate with an insulating layer made on its surface, into which the implantation of ions is carried out, connect a donor semiconductor substrate to the insulating layer of the substrate and carry out splicing, annealing, form a surface a semiconductor layer of the required thickness, characterized in that the implantation is carried out in an amorphous insulating layer of ions of easily segregating impurities with the ability to form nanocrystals in bulk morphic insulating layer, and get the region of localization of the implanted impurity under conditions that ensure the concentration of the implanted impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, under which the distance between the implanted impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, and obtain the localization region of the implanted impurity located at a distance from the surface layer a semiconductor is not less than the diffusion length of the embedded impurity during annealing, then the substrate is connected by an amorphous insulating layer with a donor semiconductor substrate and splicing, form the surface layer of the semiconductor of the required thickness, annealing is carried out in the final, under conditions providing diffusion of the embedded impurity, coalescence and formation of nanocrystals in the amorphous insulating layer. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния.2. The method according to claim 1, characterized in that the silicon donor substrate is used as the semiconductor donor substrate. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния.3. The method according to claim 2, characterized in that a silicon oxide layer is grown in the composition of the silicon donor substrate. 4. 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.4. 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. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой 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 полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки.5. The method according to claim 1, characterized in that for forming the surface layer of the semiconductor of the required thickness before joining the semiconductor 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 semiconductor surface layer of a given thickness to be transferred to an amorphous insulating substrate layer. 6. Способ по п.5, 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.
6. The method according to claim 5, 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
2 · 10 16 -1 · 10 17 cm -2 .
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.7. The method according to claim 6, characterized in that before the implantation of hydrogen on the working surface of the semiconductor donor substrate, a protective layer is grown through which the implantation is carried out and which is removed after implantation. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно ионов кремния или германия.8. The method according to claim 1, characterized in that ions of an easily segregating impurity are implanted into the amorphous insulating layer, having the ability to form nanocrystals in the volume of the amorphous insulating layer to obtain a localized region of the implanted impurity, namely silicon or germanium ions. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%.9. The method according to claim 1, characterized in that the implantation is carried out under conditions providing a concentration of the implanted impurity, sufficient for the formation of nanocrystals, in which the distance between the implanted impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, namely, the concentration of implanted impurity atoms is at least 10 at.% and not more than 20 at.%. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, с концентрацией внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 7 нм.10. The method according to claim 9, characterized in that the implantation is carried out under conditions providing a concentration of the implanted impurity sufficient to form nanocrystals, in which the distance between the implanted impurity atoms is less than their diffusion length during annealing, with a concentration of implanted impurity atoms of at least 10 at % and not more than 20 at.%, while ensuring the sizes of nanocrystals from 2 to 7 nm. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника 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 полупроводниковую 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 полупроводника, 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°С до 450°С, 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 semiconductor donor substrate and spliced, a surface layer of a semiconductor 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, - cleaning and hydrophilization of surfaces along which splicing is removed, the working surface of the donor substrate, from which hydrogen ions are implanted, and the surface of the amorphous insulating layer, after which the semiconductor 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 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 the semiconductor, the connection and simultaneous with Growing with delamination, as well as drying prior to joining, after washing with a jet of ultrapure deionized water and removing excess physically adsorbed substances from their surfaces, is carried out at a temperature ranging from 80 ° C to 450 ° C, the duration of the procedures is from 0.1 to 100 hours, in the chamber with a vacuum of 10 1 -10 3 PA or in combination with an inert dry atmosphere. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в финале осуществляют отжиг, при условиях, обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, а именно при температуре отжига 800÷1000°C, длительности не менее 0,5 ч, а также наличии инертной атмосферы или окисляющей атмосферы.12. The method according to claim 1, characterized in that in the final annealing is carried out, under conditions that ensure diffusion of the embedded impurity, coalescence and formation of nanocrystals in an amorphous insulating layer, namely, at an annealing temperature of 800 ÷ 1000 ° C, of duration at least 0, 5 hours, as well as the presence of an inert atmosphere or an oxidizing atmosphere. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что после имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя.13. The method according to claim 1, characterized in that after implantation of ions of easily segregating impurity into the amorphous insulating layer of ions and obtaining an implanted impurity localization region, before the substrate is joined by the amorphous insulating layer with the donor semiconductor substrate, splicing and formation of the semiconductor surface layer carry out additional annealing under conditions that provide additional build-up of an amorphous insulating layer. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C до 600°C в течение 10 мин и более. 14. The method according to claim 1, characterized in that the additional annealing under conditions providing an additional build-up of the amorphous insulating layer is carried out in an oxidizing atmosphere of dry oxygen at a temperature of from 500 ° C to 600 ° C for 10 minutes or more.
RU2012117175/28A 2012-04-26 2012-04-26 Method for making silicon-on-insulator structure RU2498450C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012117175/28A RU2498450C1 (en) 2012-04-26 2012-04-26 Method for making silicon-on-insulator structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012117175/28A RU2498450C1 (en) 2012-04-26 2012-04-26 Method for making silicon-on-insulator structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2498450C1 true RU2498450C1 (en) 2013-11-10

Family

ID=49683347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012117175/28A RU2498450C1 (en) 2012-04-26 2012-04-26 Method for making silicon-on-insulator structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498450C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2581443C1 (en) * 2015-03-30 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Semiconductor-on-insulator structure and method of making same
RU2633437C1 (en) * 2016-08-01 2017-10-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Semiconductor-on-insulator structure and method of its manufacturing

Citations (7)

* 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
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 (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
EP0652591A1 (en) * 1993-10-28 1995-05-10 International Business Machines Corporation Oxide in 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
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
RU2581443C1 (en) * 2015-03-30 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Semiconductor-on-insulator structure and method of making same
RU2633437C1 (en) * 2016-08-01 2017-10-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Semiconductor-on-insulator structure and method of its manufacturing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7449395B2 (en) Method of fabricating a composite substrate with improved electrical properties
TWI550834B (en) Silicon on insulator structures having high resistivity regions in the handle wafer and methods for producing such structures
US7598153B2 (en) Method and structure for fabricating bonded substrate structures using thermal processing to remove oxygen species
US10475694B2 (en) Handle substrate for use in manufacture of semiconductor-on-insulator structure and method of manufacturing thereof
JP2007201429A (en) Manufacturing method of composite substrate
TW201705382A (en) Thermally stable charge trapping layer for use in manufacture of semiconductor-on-insulator structures
JPH05251292A (en) Manufacture of semiconductor device
US9209069B2 (en) Method of manufacturing high resistivity SOI substrate with reduced interface conductivity
KR20070085231A (en) Method for obtaining a thin layer by implementing co-implantation and subsequent implantation
JP2011522432A (en) Manufacturing process for a structure containing a germanium layer on a substrate
WO2007125771A1 (en) Soi wafer manufacturing method
JP2002184960A (en) Manufacturing method of soi wafer and soi wafer
KR20110055508A (en) Method for making a structure comprising a step for implanting ions in order to stabilize the adhesive bonding interface
RU2498450C1 (en) Method for making silicon-on-insulator structure
RU2368034C1 (en) Method for manufacturing of silicon-on-insulator structure
RU2382437C1 (en) Method of making silicon-on-insulator structures
RU2301476C1 (en) Method for heterostructure manufacture
RU2497231C1 (en) Method for making silicon-on-insulator structure
CN107154378B (en) Silicon substrate with top layer on insulating layer and manufacturing method thereof
JP3660469B2 (en) Manufacturing method of SOI substrate
TWI611462B (en) Soi substrate and manufacturing method thereof
TWI628712B (en) Soi substrate and manufacturing method thereof
RU2538352C1 (en) Method of manufacturing silicon-on-sapphire structure
Gity et al. Ge/Si pn diode fabricated by direct wafer bonding and layer exfoliation
KR100609367B1 (en) Manufacturing method of silicon on insulator wafer

Legal Events

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

Effective date: 20190427