RU2554298C1 - Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе - Google Patents

Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе Download PDF

Info

Publication number
RU2554298C1
RU2554298C1 RU2013154233/28A RU2013154233A RU2554298C1 RU 2554298 C1 RU2554298 C1 RU 2554298C1 RU 2013154233/28 A RU2013154233/28 A RU 2013154233/28A RU 2013154233 A RU2013154233 A RU 2013154233A RU 2554298 C1 RU2554298 C1 RU 2554298C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
layer
macroporous
mesoporous
temperature
Prior art date
Application number
RU2013154233/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Викторович Болотов
Владислав Евгеньевич Росликов
Константин Евгеньевич Ивлев
Егор Владимирович Князев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ 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 Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН)
Priority to RU2013154233/28A priority Critical patent/RU2554298C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2554298C1 publication Critical patent/RU2554298C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Element Separation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано в процессе создания многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, например, для газовых сенсоров. Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе включает анодное травление пластины монокристаллического кремния дырочного типа, которое проводят в два этапа. На первом этапе анодного травления формируют слой макропористого кремния, а на втором этапе - слой мезопористого кремния, находящийся под слоем макропористого кремния, затем проводят сушку в вакууме и высокотемпературный отжиг. Техническим результатом изобретения является получение многослойной структуры пористый кремний на изоляторе с преимуществами развитой поверхности и изолированности от подложки кремния, а также снижение температуры отжига структуры. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано в процессе создания многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, например, для газовых сенсоров.
Известен способ изготовления структур с изоляцией на основе пористого кремния - патент США №4104090 HansBernardPogge МПК H01L 21/76 1978 года. Согласно этому способу полностью изолированную структуру получают посредством формирования пористого кремния с пористостью 50-80% на низколегированном кремнии анодным травлением в растворе с содержанием HF 12-25%, с плотностью тока 20-60 мА/см2. Затем захороненный пористый кремний окисляли при температуре 950-1000°C в течение 17 часов в водяных парах.
Основным недостатком известного способа является достаточно большое время окисления 17 часов. В способе не предусмотрено получение развитой поверхности, изолированной от подложки кремния.
Из известных способов получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе наиболее близок к заявленному является способ, представленный в патенте США №6376859 Swanson et al. МПК H01L 29/04 2002 года. Согласно этому способу указанную структуру получают посредством формирования слоев с различной пористостью на высоколегированном кремнии анодным травлением в растворе HF/C2H5OH/H2O в пропорции 1:2:1, различную пористость получали путем изменения плотности тока 1-10 мА/см2. Предварительно отжигали при температуре 900-1100°C в атмосфере водорода в течение 5-10 минут, чтобы создать сверху монокристаллический кремний, закрывающий поры, выращивали эпитаксиальный слой кремния и сверху защитный слой нитрида кремния CVD-методом, затем окисляли захороненный пористый кремний при температуре 1325°C в течение 6 часов.
Основным недостатком известного способа является тот факт, что в способе все слои с различной пористостью окисляются. Также недостатком является достаточно большая температура 1325°C. В способе не предусмотрено получение развитой поверхности изолированной от подложки высоколегированного кремния.
Техническим результатом изобретения является:
- получение многослойной структуры пористый кремний на изоляторе с преимуществами развитой поверхности и изолированности от подложки кремния;
- снижение температуры отжига структуры.
Технический результат достигается тем, что в способе получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, включающий анодное травление пластины кремния и последующий высокотемпературный отжиг, в качестве пластины кремния используют пластину монокристаллического кремния дырочного типа, а анодное травление проводят в два этапа, причем на первом этапе анодного травления формируют слой макропористого кремния, а на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, находящийся под слоем макропористого кремния, затем перед высокотемпературным отжигом осуществляют сушку в вакууме, а высокотемпературный отжиг проводят при температуре 950-1050°C в течение 180±10 минут в парах кислорода для окисления поверхности слоя макропористого кремния и захороненного слоя мезопористого кремния.
В способе монокристаллический кремний дырочного типа имеет удельное сопротивление в интервале от 11 до 13 Ом·см.
В способе анодное травление проводят в два этапа при плотности тока 2-4 и 7-20 мА/см2 в течение 100 и 10 мин соответственно.
В способе макропористый слой кремния формируют с диаметром пор 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.
В способе на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, пористость которого составляет от 50 до 70%.
В способе сушку в вакууме пластины кремния с макропористым и мезопористым слоями осуществляют при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст. и температуре от 140 до 160°C в течение 60±10 минут.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.
На фиг.1 приведена схема получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе предлагаемым способом: позиция 1 - исходная пластина монокристаллического кремния дырочного типа, позиция 2 - пластина кремния со слоем макропористого кремния, позиция 3 - пластина кремния со слоем макропористого кремния и слоем мезопористого кремния, позиция 4 - многослойная структура пористый кремний на изоляторе. Элементы: 1 - пластина монокристаллического кремния дырочного типа, 2 - слой макропористого кремния, 3 - слой мезопористого кремния, 4 - слой SiO2 после окисления мезопористого кремния, 5 - слой макропористого кремния покрытого окислом.
На фиг.2 показано электронно-микроскопическое изображение поперечного среза макропористого кремния (фиг.1 поз.2 элемент 2).
На фиг.3 приведено электронно-микроскопическое изображение поперечного среза многослойной структуры, состоящей из слоя макропористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 2) и захороненного слоя мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3).
На фиг.4 представлено электронно-микроскопическое изображение поперечного среза многослойной структуры, состоящей из слоя макропористого кремния, покрытого окислом (фиг.1 поз.4 элемент 5), и захороненного слоя SiO2 после окисления мезопористого кремния (фиг.1 поз.4 элемент 4).
Использование пластин монокристаллического кремния дырочного типа (фиг.1 поз.1 элемент 1) позволяет анодным травлением получать слой макропористого кремния (фиг.1 поз.2 элемент 2), затем анодное травление позволяет получать слой мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3), находящийся под слоем макропористого кремния. При высокотемпературном отжиге в парах кислорода происходит покрытие макропористого кремния пленкой оксида кремния и полное окисление захороненного слоя мезопористого кремния, образуя при этом структуру пористый кремний на изоляторе (фиг.1 поз.4 элемент 4).
Для получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе использовался монокристаллический кремний дырочного типа с удельным сопротивлением в интервале 11÷13 Ом·см. При анодном травлении кремниевых пластин с удельным сопротивлением больше 13 Ом·см создание мезопористого кремния приводит к увеличению пористости. При анодном травлении кремниевых пластин с удельным сопротивлением меньше 11 Ом·см создание макропористого кремния невозможно из-за уменьшения расстояния между порами при сохранении их размера, вследствие чего происходит перекрытие большинства пор.
Получение пористого кремния последовательно двумя режимами анодного травления с плотностью тока 2-4 и 7-20 мА/см2 в течение 100 и 10 мин соответственно позволяет создавать структуру, состоящую из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженными границами между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1). При плотностях тока ниже 2 мА/см2 диаметр пор макропористого кремния поучается меньше 1.2 мкм, что нежелательно, так как приводит к увеличению толщины стенок пор. Плотность тока выше 4 мА/см2 приводит к частичному разрушению стенок пор. При плотностях тока ниже 7 мА/см2 и выше 20 мА/см2 пористость мезопористого кремния получается вне интервала 50-70%. Время анодного травления было выбрано для получения пористых слоев необходимой толщины.
Пористость мезопористого кремния в пределах 50-70% позволяет получить качественный диэлектрический слой захороненного диоксида кремния. При пористости мезопористого кремния ниже 50% в процессе высокотемпературного отжига происходит неполное окисление кремния. При пористости мезопористого кремния выше 70% в процессе высокотемпературного отжига получается пористый окисленный кремний.
Сушка пластин кремния с пористыми слоями в вакууме при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст., осуществляемая при температурах в интервале от 140-160°C, обеспечивает удаление из пористых слоев растворов электролитов и продуктов электрохимических реакций, что необходимо для качественного последующего окисления.
Полученная структура подвергалась высокотемпературному отжигу при температурах от 950 до 1050°C в парах кислорода, в результате чего образуется на поверхности макропор пленка SiO2 (фиг.1 поз.4 элемент 5) и окисленный захороненный слой мезопористого кремния (фиг.1 поз.4 элемент 4), которые изолируют слой макропористого кремния от кремниевой подложки. При высокотемпературном отжиге ниже 950°C не происходит полного окисления мезопористого кремния, а при температуре выше 1050°C значительного улучшения диэлектрического слоя не наблюдается.
Примеры выполнения способа
Пример 1.
1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремния дырочного типа с удельным сопротивлением 12 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в HF:C3H7NO 1:24 при плотностях тока 2,2 и 20 мА/см2 в течение 100 и 10 минут соответственно. При этом формируется структура, состоящая из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженной границей между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1).
2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в вакууме 10-2 мм.рт.ст. при температуре 150°C в течение 60 минут.
3. Слой макропористого кремния состоит из пор с диаметром 1.2÷1.9 мкм и глубиной 6÷7 мкм.
4. Слой мезопористого кремния имеет пористость от 50 до 70%.
5. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 1000°C в парах кислорода в течение 180 минут.
Пример 2.
1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремни дырочного типа с удельным сопротивлением 11 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в HF:C3H7NO 1:24 при плотностях тока 2,2 и 20 мА/см2 в течение 100 и 10 минут соответственно. При этом формируется структура, состоящая из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженной границей между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1).
2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в вакууме 10-2 мм.рт.ст. при температуре 160°C в течение 50 минут.
3. Слой макропористого кремния состоит из пор с диаметром 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.
4. Слой мезопористого кремния имеет пористость от 50 до 70%.
5. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 1050°C в парах кислорода в течение 170 минут.
Пример 3.
1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремни дырочного типа с удельным сопротивлением 13 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в HF:C3H7NO 1:9 при плотностях тока 3,9 и 7,8 мА/см2 в течение 100 и 10 минут соответственно. При этом формируется структура, состоящая из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженной границей между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1).
2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в вакууме 10-2 мм.рт.ст. при температуре 140°C в течение 70 минут.
3. Слой макропористого кремния состоит из пор с диаметром 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.
4. Слой мезопористого кремния имеет пористость от 50 до 70%.
5. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 950°C в парах кислорода в течение 190 минут.
Многослойные структуры пористый кремний на изоляторе, изготовленные предлагаемым способом, имеют следующие типичные характеристики.
1. Диаметр пор макропористого кремния, составляет 1.2-1.9 мкм, а глубина 6-7 мкм (фиг.2).
2. Пористость слоя мезопористого кремния (фиг.3) составляет от 50 до 70%,
- имеет толщину 6-7 мкм после высокотемпературного отжига,
- полностью окисляется (фиг.4).
3. Толщина слоя оксида кремния на стенках макропор в результате термического окисления составляет 0,2 мкм.
Использование заявляемого способа получения многослойных структур обеспечивает следующие преимущества:
- получение развитой поверхности изолированной от подложки высоколегированного кремния за счет окисления мезопористого кремния;
- снижение температуры отжига структуры;
- создание на полученной структуре газовых датчиков с повышенной чувствительностью, так как при осаждении чувствительного элемента на развитую поверхность, его удельная площадь поверхности будет намного больше, чем на плоской поверхности, что увеличивает газовую чувствительность этого элемента.

Claims (6)

1. Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, включающий анодное травление пластины кремния и последующий высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что в качестве пластины кремния используют пластину монокристаллического кремния дырочного типа, а анодное травление проводят в два этапа, причем на первом этапе анодного травления формируют слой макропористого кремния, а на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, находящийся под слоем макропористого кремния, затем перед высокотемпературным отжигом осуществляют сушку в вакууме, а высокотемпературный отжиг проводят при температуре 950-1050°C в течение 180±10 минут в парах кислорода для окисления поверхности слоя макропористого кремния и захороненного слоя мезопористого кремния.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что монокристаллический кремний дырочного типа имеет удельное сопротивление в интервале от 11 до 13 Ом·см.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анодное травление проводят в два этапа при плотности тока 2-4 и 7-20 мА/см2 в течение 100 и 10 мин соответственно.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что макропористый слой кремния формируют с диаметром пор 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, пористость которого составляет от 50 до 70%.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку в вакууме пластины кремния с макропористым и мезопористым слоями осуществляют при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст. и температуре от 140 до 160°C в течение 60±10 минут.
RU2013154233/28A 2013-12-05 2013-12-05 Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе RU2554298C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154233/28A RU2554298C1 (ru) 2013-12-05 2013-12-05 Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154233/28A RU2554298C1 (ru) 2013-12-05 2013-12-05 Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2554298C1 true RU2554298C1 (ru) 2015-06-27

Family

ID=53498424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013154233/28A RU2554298C1 (ru) 2013-12-05 2013-12-05 Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2554298C1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125323C1 (ru) * 1997-03-06 1999-01-20 Институт физики полупроводников СО РАН Способ получения структуры "полупроводник-на-изоляторе"
US6376859B1 (en) * 1998-07-29 2002-04-23 Texas Instruments Incorporated Variable porosity porous silicon isolation
US6376285B1 (en) * 1998-05-28 2002-04-23 Texas Instruments Incorporated Annealed porous silicon with epitaxial layer for SOI
US6428620B1 (en) * 1997-12-26 2002-08-06 Canon Kabushiki Kaisha Substrate processing method and apparatus and SOI substrate
US6800518B2 (en) * 2002-12-30 2004-10-05 International Business Machines Corporation Formation of patterned silicon-on-insulator (SOI)/silicon-on-nothing (SON) composite structure by porous Si engineering
RU2331949C1 (ru) * 2006-12-21 2008-08-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Способ получения структуры "кремний-на-изоляторе"
US7566482B2 (en) * 2003-09-30 2009-07-28 International Business Machines Corporation SOI by oxidation of porous silicon
US7679140B2 (en) * 2004-12-08 2010-03-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Structure of strained silicon on insulator and method of manufacturing the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125323C1 (ru) * 1997-03-06 1999-01-20 Институт физики полупроводников СО РАН Способ получения структуры "полупроводник-на-изоляторе"
US6428620B1 (en) * 1997-12-26 2002-08-06 Canon Kabushiki Kaisha Substrate processing method and apparatus and SOI substrate
US6376285B1 (en) * 1998-05-28 2002-04-23 Texas Instruments Incorporated Annealed porous silicon with epitaxial layer for SOI
US6376859B1 (en) * 1998-07-29 2002-04-23 Texas Instruments Incorporated Variable porosity porous silicon isolation
US6800518B2 (en) * 2002-12-30 2004-10-05 International Business Machines Corporation Formation of patterned silicon-on-insulator (SOI)/silicon-on-nothing (SON) composite structure by porous Si engineering
US7566482B2 (en) * 2003-09-30 2009-07-28 International Business Machines Corporation SOI by oxidation of porous silicon
US7679140B2 (en) * 2004-12-08 2010-03-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Structure of strained silicon on insulator and method of manufacturing the same
RU2331949C1 (ru) * 2006-12-21 2008-08-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Способ получения структуры "кремний-на-изоляторе"

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7772096B2 (en) Formation of SOI by oxidation of silicon with engineered porosity gradient
EP2709140B1 (en) Method for producing laminated substrate having insulating layer at portion of substrate
JP5089383B2 (ja) 埋め込みｐ＋シリコン・ゲルマニウム層の陽極酸化による歪みシリコン・オン・インシュレータ
KR950014609B1 (ko) 반도체부재 및 반도체부재의 제조방법
KR101379409B1 (ko) 전기 손실들이 감소된 반도체 온 절연체 타입 구조의 제조 공정 및 대응 구조
TWI269384B (en) Formation of patterned silicon-on-insulator (SOI)/silicon-on-nothing (SON) composite structure by porous Si engineering
TWI503951B (zh) 用於射頻或功率應用的電子裝置及其製造方法
KR100591222B1 (ko) 기공율 변동 다공질 실리콘 절연
US20100221867A1 (en) Low cost soi substrates for monolithic solar cells
TW201705382A (zh) 用於絕緣體上半導體結構之製造之熱穩定電荷捕捉層
JP2010251444A (ja) Ｓｏｉウェーハの製造方法
JP2008504704A5 (ru)
JPS5895838A (ja) 単結晶シリコン領域を垂直に分離形成する方法
JP5673170B2 (ja) 貼り合わせ基板、貼り合わせ基板の製造方法、半導体デバイス、及び半導体デバイスの製造方法
JP2007206040A (ja) ガスセンサ及びその製造方法
KR100861739B1 (ko) 수정된 실리콘으로의 저-도스량 산소 주입에 의한 얇은매립 산화물
WO2009056478A2 (en) Strained semiconductor-on-insulator by si:c combined with porous process
RU2554298C1 (ru) Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе
US10438858B2 (en) Low-cost SOI FinFET technology
JP6111678B2 (ja) ＧｅＯＩウェーハの製造方法
US8822330B2 (en) Method for providing oxide layers
JPH09102594A (ja) 半導体基板及びその作製方法
JP6070487B2 (ja) Ｓｏｉウェーハの製造方法、ｓｏｉウェーハ、及び半導体デバイス
JP4272607B2 (ja) 多孔質シリコンの酸化によるｓｏｉ
JPH04346418A (ja) 半導体基材の作製方法

Legal Events

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

Effective date: 20201206