Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе

Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.

Известен способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе (патент США №5360752 на изобретение, МПК: 5 H01L 21/76), заключающийся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, после чего берут кремниевую подложку-донор, соединяют ее с изолирующим слоем подложки и проводят сращивание, осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, в завершение формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны кремниевой подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностного слоя кремния. В способе используют подложку из кремния. В качестве изолирующего слоя выполняют слой оксида кремния толщиной 350÷450 нм. Имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, в изолирующем слое проводят в два этапа в целях получения однородного распределения рекомбинационных центров; сначала осуществляют «глубокую» имплантацию, а затем «мелкую». Перед соединением и сращиванием проводят процедуру очистки. Осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, преимущественно при 800°C. В качестве имплантируемой примеси используют германий или мышьяк.

К недостаткам известного технического решения относится низкое качество структур кремний-на-изоляторе, ограничение технологической сферы применения - в частности, при создании СБИС с высокой радиационной стойкостью. Причины недостатков заключаются в следующем.

Во-первых, используемые режимы имплантации увеличивают радиационную нагрузку на захороненный диэлектрик (изолирующий слой) структуры кремний-на-изоляторе, снижая тем самым качество диэлектрика.

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.

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.

В-четвертых, используемые режимы отжига, при температуре менее 850°C, снижают эффективность создаваемых структур кремний-на-изоляторе, зачастую делая их непригодными в имеющейся в настоящее время кремниевой технологии, использующей высокотемпературные режимы до ≥1000°C.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе (публикация №0652591 европейской заявки на изобретение, заявка №94116233.1 от 14.10.94 г., МПК: 6 H01L 21/76, опубл. 10.05.95 г., Бюл. 95/19), заключающийся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, после чего берут кремниевую подложку-донор, на ее поверхности выполняют изолирующий слой, соединяют подложку и кремниевую подложку-донор изолирующими слоями и проводят сращивание, далее осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, в завершение формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны кремниевой подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностного слоя кремния - от 70 до 100 нм. В способе используют подложку из кремния. В качестве изолирующего слоя выполняют слой оксида кремния толщиной 350-450 нм. Имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, в изолирующем слое подложки и подложки-донора проводят в два этапа в целях получения однородного распределения рекомбинационных центров; сначала осуществляют «глубокую» имплантацию, а затем «мелкую». Перед соединением и сращиванием проводят процедуру очистки. Осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°С, преимущественно при 800°С. В качестве имплантируемой примеси используют германий или мышьяк.

К недостаткам известного технического решения относится низкое качество структур кремний-на-изоляторе, ограничение технологической сферы применения - в частности, при создании СБИС с высокой радиационной стойкостью. Причины недостатков заключаются в следующем.

Во-первых, используемые режимы имплантации увеличивают радиационную нагрузку на захороненный диэлектрик (изолирующие слои) структуры кремний-на-изоляторе, снижая тем самым качество диэлектрика.

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.

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.

В-четвертых, используемые режимы отжига, при температуре менее 850°C, снижают эффективность создаваемых структур кремний-на-изоляторе, зачастую делая их непригодными в имеющейся в настоящее время кремниевой технологии, использующей высокотемпературные режимы до ≥1000°C.

Техническим результатом изобретения является:

- повышение качества структуры кремний-на-изоляторе;

- расширение технологической сферы применения способа.

Технический результат достигается в способе изготовления структуры кремний-на-изоляторе, заключающемся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов, соединяют с изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, осуществляют отжиг, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, причем имплантацию проводят в аморфный изолирующий слой ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, затем проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины, в финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.

В способе в составе кремниевой подложки-донора выращивают слой окисла кремния.

В способе в качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.

В способе для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки.

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.

В способе перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В способе в аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов фтора.

В способе имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, а именно, концентрацию внедренных ионов не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.%.

В способе концентрацию внедренных ионов примеси не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.% достигают при использовании доз имплантируемых ионов не менее 3×10¹⁴ см^-2 и менее 5×10¹⁵ см^-2.

В способе формирование области локализации имплантированной примеси осуществляют в половине аморфного изолирующего слоя, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора поверхностного слоя кремния, на расстоянии от границы сращивания, равном менее длины диффузии имплантированной примеси при проведении последующего отжига, указанное реализуют за счет условий проведения имплантации, связанных с выбором значения энергии ионов, обеспечивающей соответствующее формирование профиля распределения атомов примеси с указанной локализацией в аморфном изолирующем слое, от 20 до 50 кэВ.

В способе проводят соединение подложки аморфным изолирующем слоем с кремниевой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины следующим образом: подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя, после чего кремниевую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя кремния, при этом соединение и одновременное сращивание с расслоением, а также и предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при варьировании температуры от 80 до 450°C, длительности процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 10¹÷10³ Па или в сочетании с использованием инертной сухой атмосферы.

В способе осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, а именно, при температуре отжига 700÷1100°C. длительности не менее 0,5 часа, а также наличии инертной атмосферы.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг.1 схематически представлен процесс изготовления структуры кремний-на-изоляторе: I - формирование в кремниевой подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности разунрочненной зоны со структурными изменениями посредством имплантации ионов водорода, выделяющей отсеченный поверхностный слой кремния, переносимый на изолятор подложки, II - имплантация в аморфный изолирующий слой подложки ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, формирование области локализации имплантированной примеси на глубине залегания имплантированных ионов примеси. III - сушка с удалением избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, соединение и сращивание подложки и кремниевой подложки-донора с переносом отсеченного поверхностного слоя кремния на изолятор подложки в вакуумной камере или инертной атмосфере, IV - высокотемпературная обработка (отжиг) после получения отсеченного поверхностного слоя кремния на подложке с аморфным изолирующим слоем, подвергшимся имплантации, диффузия имплантированной в аморфный изолирующий слой примеси к границе раздела отсеченный поверхностный слой кремния - аморфный изолирующий слой и формирование дополнительных связей между атомами имплантированной примеси и атомами объема аморфного изолирующего слоя, а также между атомами имплантированной примеси и атомами аморфного изолирующего слоя и/или атомами кристаллического отсеченного поверхностного слоя кремния на границе раздела, где 1 - подложка-донор; 2 - разупрочненная зона; 3 - подложка; 4 - аморфный изолирующий слой; 5 - область локализации имплантированной примеси; 6 - отсеченный поверхностный слой кремния; 7 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи в аморфном изолирующем слое; 8 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и кристаллическим отсеченным поверхностным слоем кремния.

На Фиг.2 представлены вольтамперные сток-затворные характеристики кольцевых транзисторов р-типа проводимости, изготовленных на основе структур кремний-на-изоляторе, при смещении между истоком и стоком +5 В, где 9 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем без имплантация в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния; 10 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем с имплантацией в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, а именно, ионов фтора с энергией 20 кэВ дозой 1×10¹⁵ см^-2; 11 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем с имплантацией в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, а именно, ионов фтора с энергией 30 кэВ дозой 3×10¹⁵ см^-2; 12 - кривая для случая использования структур с аморфным изолирующем слоем с имплантацией в него ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и слоем перенесенного кремния, а именно, ионов фтора с энергией 40 кэВ дозой 3×10¹⁵ см^-2.

Достижение технического результата в предлагаемом способе изготовления структуры кремний-на-изоляторе, использующем ионную имплантацию и прямой перенос на основе физических закономерностей, определяющих процессы переноса полупроводниковых слоев, базируется на физических закономерностях процесса диффузии имплантированных примесей к границе раздела, процесса ослабления и замещения паразитных связей в аморфном изолирующем слое и на границе раздела связями, формирующимися за счет взаимодействия с атомами имплантированной примеси (Фиг.1). В подтверждение правомерности физических представлений достижения технического результата приводятся экспериментальные данные (Фиг.2).

Как известно, процессы переноса полупроводниковых слоев, использующих низкотемпературное сращивание полупроводниковых пластин с одновременным переносом тонкой пленки, базируются на разнице поверхностных энергий пар гидрофильных и гидрофобных поверхностей в различных температурных интервалах. В запатентованном техническом решении (патент РФ №2217842 на изобретение «Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе» авторов Попова В.П. и Тысченко И.Е.) эта особенность была положена в основу создания структур Si/SiO₂/Si. В зависимости от чистоты сращиваемых поверхностей пластин эта разница поверхностных энергий может достигать нескольких порядков величины. В широком смысле создание полупроводниковых гетероструктур следует рассматривать как процесс соединения гидрофильных поверхностей, включающий сращивание полупроводниковых пластин, и разрыва гидрофобных поверхностей - водородно-индуцированный перенос с формированием поверхностного слоя кремния требуемой толщины на одной из сращиваемых пластин. В связи с этим одной из задач при изготовлении структуры кремний-на-изоляторе по предлагаемому способу (Фиг.1, стадии I и III) является формирование на подложке 3, содержащей на рабочей поверхности аморфный изолирующий слой 4, отсеченного поверхностного слоя кремния 6 посредством водородно-индуцированного переноса с полупроводниковой пластины, выполняющей функцию подложки-донора 1, в которой для осуществления переноса получена разупрочненная зона 2 со структурными изменениями посредством имплантации ионов водорода, созданы гидрофобные поверхности.

При решении указанной задачи следует принять во внимание следующее. Параметрами, определяющими величину поверхностной энергии в любом случае, являются температура и высокое структурное качество поверхностей - качество соединяемых и сращиваемых поверхностей кремниевой подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4. В связи с этим, одним из главных требований, необходимых для достижения полного (100%) гидрофильного соединения полупроводниковых пластин, в частности, кремниевой подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4, является обеспечение предельно возможной чистоты поверхностей сращиваемых пластин, отсутствие физически адсорбированных примесей на исходных поверхностях и последующее проведение непосредственно самой гидрофилизации поверхностей пластин. После гидрофилизации кремниевой подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4 их следует просушить и удалить с поверхностей физически адсорбированные вещества, для чего их помещают в центрифугу вакуумной камеры и нагревают там до необходимых для этого температур. Затем их соединяют в пары.

Внутренние гидрофобные поверхности в соседних атомных плоскостях, которые параллельны поверхности пластины, предварительно получают в слое полупроводника при формировании в нем разупрочненной зоны 2, характеризующейся структурными изменениями, посредством имплантации ионов водорода. Формирование разупрочненной зоны 2 и, в частности, указанных гидрофобных поверхностей происходит путем образования в подвергшемся имплантации слое Х-Н-Н-Х связей за счет захвата водорода на растянутые и ослабленные Х-Х связи полупроводниковой матрицы, перпендикулярные поверхности. Для того чтобы обеспечить на глубине среднего проективного пробега ионов R_p наличие двух гидрофобных (100) плоскостей с полным (100%) покрытием Х-Н-Н-Х связями при формировании разупрочненной зоны 2 посредством имплантации необходимы дозы ионов Н⁺, Н₂ ⁺ от 2×10¹⁶ см^-2 и выше при их энергиях от 20 до 200 кэВ. Формирование разупрочненной зоны 2 и гидрофобных поверхностей является началом формирования в изготавливаемой по предлагаемому способу структуре поверхностного слоя кремния требуемой толщины. Задание толщины происходит посредством выбора режима проведения ионной имплантации.

Далее, другой задачей при изготовлении структуры кремний на изоляторе, решение которой, собственно, и обеспечивает достижение технического результата, является устранение в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем кремния 6 избыточных нерегулярных связей, насыщение оборванных связей (Фиг.1, стадия II и IV). Решение задачи включает два действия - во-первых, проведение имплантации в аморфный изолирующий слой 4 легко диффундирующей примеси, способной вступать в реакцию с атомами матрицы и устранять дефекты структуры, как результат первого действия - получение области локализации имплантированной примеси 5 в аморфном изолирующем слое 4 (Фиг.1, стадия II), во-вторых, осуществление высокотемпературной обработки (отжига), обеспечивающей протекание диффузии внедренной примеси в аморфный изолирующий слой 4, как результат второго действия - диффузия примеси к границам раздела, в частности, между аморфным изолирующим слоем 4 и отсеченным поверхностным слоем кремния 6 с насыщением оборванных связей и устранением паразитных нерегулярных связей за счет взаимодействия атомов внедренной примеси с указанными структурными дефектами (Фиг.1, стадия IV).

Указанные действия приводят к формированию дополнительных связей с устранением паразитных нерегулярных связей, насыщением оборванных связей между атомами, диффундирующими из области локализации имплантированной примеси 5, и атомами аморфного изолирующего слоя 4 (соответствует, на Фиг.1, стадия IV, позиции 7 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи в аморфном изолирующем слое) или между атомами, диффундирующими из области локализации имплантированной примеси 5, и атомами на границе раздела между аморфным слоем и перенесенным монокристаллическим слоем (см. Фиг.1, стадия IV, позиции 8 - атомы имплантированной и продиффундировавшей примеси, образовавшие связи на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и кристаллическим отсеченным поверхностным слоем кремния).

В основу получения результата положена способность некоторых примесных атомов устранять дефекты структуры путем формирования новых энергетически выгодных связей с атомами матрицы. Например, формирование Si-F связи является более энергетически выгодным, по сравнению с образованием Si-Si связей, обуславливающих наличие в матрице оксида кремния собственных дефектов. Это связано с тем, что длина Si-Si связи почти в 2 раза больше (В.А.Гриценко. Атомная структура аморфных нестехиометрических оксидов и нитридов кремния. УФН, т.178 (2008), с.с.727-737) Si-F связи (J.Breidung, J.Demeison, L.Margules, W.Thiel. Equilibrium structures of SiF₄. Chem. Phys. Lett, v.313 (1999), p.p.713-717). Поэтому присутствие в матрице оксида кремния атомов фтора может привести к устранению Si-Si связей (C.M.S. Rauthan, G.S. Virdi, B.C. Pathak, A. Karthigeyan. Improvement in buried silicon nitride silicon-on-insulator structures by fluorine-ion implantation. J.Appl. Phys. V.83, N7, p.p.3668-3677), являющихся электрически активными ловушками положительных зарядов. Другой особенностью таких атомов, как F, является его способность легко диффундировать в аморфном изолирующем слое, таком как оксид кремния, и мигрировать к границам между аморфным изолирующим слоем и слоями полупроводника, образуя там дополнительные связи, устраняя, таким образом, электрически активные дефекты структуры. Это приводит к снижению положительного фиксированного заряда внутри аморфного изолирующего слоя, что, в свою очередь, приводит к сдвигу вольтамперных сток-затворных характеристик в область положительных смещений, в частности, для кольцевых транзисторов р-типа проводимости, изготовленных на основе структур кремний-на-изоляторе с захороненным диэлектриком (аморфным изолирующим слоем), в который осуществляли имплантацию ионов фтора, по сравнению с характеристиками, которые получены в случае использования структур кремний-на-изоляторе с захороненным диэлектрическим слоем без имплантации ионов фтора (см. Фиг.2, соответственно, позиции 10-12 и позиция 9). Получаемые на практике вольтамперные сток-затворные характеристики (Фиг.2) свидетельствуют в пользу более высокого качества структур кремний-на-изоляторе, изготавливаемых предлагаемым способом, и более широкой технологической сферы применения способа.

На основе изложенных физических представлений изготовление структуры кремний на изоляторе с достижением технического результата обеспечивается реализацией следующих стадий (см. Фиг.1).

1. В пластине кремния - подложке-доноре 1 формируют разупрочненную зону 2 на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий при проведении дальнейших операций переносу на изолятор подложки. Для формирования разупрочненной зоны 2 в подложку-донор 1 проводят имплантацию водорода. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой пластины - подложки-донора 1 может быть выращен защитный слой окисла кремния, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют. Для имплантации используют ионы водорода со значением энергии 20÷200 кэВ и дозы 2×10¹⁶÷1×10¹⁷ см^-2 (I стадия. Фиг.1). Проведение этой стадии дает начало формированию в изготавливаемой структуре поверхностного слоя кремния требуемой толщины, то есть, эта стадия - есть начальный этап формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины.

2. Осуществляют первый этап в решении задачи повышения качества структуры кремний-на-изоляторе и расширения технологической сферы применения способа. Цель проведения этапа - внедрение примеси в аморфный изолирующий слой 4 для улучшения изготавливаемой структуры, устранения в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем кремния 6 избыточных нерегулярных связей, насыщение оборванных связей. В аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 осуществляют имплантацию ионов легко диффундирующих примесей, способных удалять нерегулярные связи и насыщать оборванные связи в аморфном изолирующем слое 4 и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем 4 и слоем монокристаллического полупроводника - перенесенного слоя кремния на аморфный изолирующий слой 4, формируя область локализации имплантированной примеси 5 (II стадия, Фиг.2). Условия проведения имплантации выбирают, исходя из получения концентрации внедряемой примеси, достаточной для устранения негативных проявлений электрически активных дефектов. То есть, концентрация должна быть достаточна для устранения нерегулярных и насыщения оборванных связей в аморфном изолирующем слое 4 и на границах раздела между аморфным изолирующим слоем 4 и перенесенным монокристаллическим слоем - отсеченным поверхностным слоем кремния 6, а также, по возможности, аморфным изолирующим слоем 4 и монокристаллической подложкой 3. В частности, концентрация, внедренных ионов составляет не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.%. При этом выбирают значение энергии, обеспечивающей формирование профиля распределения атомов примеси в половине аморфного изолирующего слоя 4, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора 1 слоя монокристаллического полупроводника, то есть, отсеченного поверхностного слоя кремния 6, на расстоянии от границы сращивания, сопоставимом с длиной диффузии имплантированных атомов, менее длины диффузии, при проведении последующего отжига. Для используемых аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, которые указаны в нижеприведенных примерах реализации, а также условий последующего отжига, условия проведения имплантации включают использование доз ионов не менее 3×10¹⁴ см^-2 и менее 5×10¹⁵ см^-2, а энергий от 20 до 50 кэВ. В случае других параметров аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, включая качество диэлектрика, его толщину, а также условий отжига, условия проведения имплантации будут отличаться от указанных. В качестве ионов легко диффундирующей и устраняющей избыточные нерегулярные и оборванные связи примеси используют ионы фтора. В качестве подложки 3 также используют пластину кремния. В качестве аморфного изолирующего слоя 4 используют диэлектрик оксид кремния. Аморфный изолирующий слой 4 предварительно выполняют на подложке 3, например, путем ее окисления.

3. После проведения вышерассмотренных стадий изготовления структуры приступают к заключительному этапу формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины (III стадия. Фиг.1) и, собственно говоря, получению структуры, качество которой подлежит улучшению в ходе дальнейших операций. На подложке 3, содержащей на рабочей поверхности аморфный изолирующий слой 4, формируют отсеченный поверхностный слой кремния 6 за счет водородно-индуцированного переноса. Для реализации переноса подложку-донор 1 с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной 2 и подложку 3 с аморфным изолирующим слоем 4, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси 5, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание. Данная обработка включает очистку и гидрофилизацию поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора 1, со стороны которой осуществляют имплантацию ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя 4 (см. Фиг.1, III стадия). Затем кремниевую подложку-донор 1 соединяют с подложкой 3 с аморфным изолирующим слоем 4 сторонами, которые подвергались указанным процедурам, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области 2 подложки-донора 1 с образованием на аморфном изолирующем слое 4 подложки 3 отсеченного слоя кремния. Соединение и одновременное сращивание с расслоением, а также и предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с их поверхностей проводят при варьировании температуры от 80 до 450°C, длительности процедур от 0,1 до 100 часов, в камере с вакуумом 10¹÷10³ Па или в сочетании с использованием инертной сухой атмосферы.

4. После того, как собственно структура кремний-на-изоляторе изготовлена, приступают к заключительному этапу решения задачи повышения качества структуры кремний-на-изоляторе и расширения технологической сферы применения способа. Цель проведения данного этапа - осуществление диффузии внедренной примеси и устранение в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем кремния 6 избыточных (паразитных) нерегулярных связей, насыщение оборванных связей. На данной стадии изготовления структуры кремний-на-изоляторе (IV стадия, Фиг.1) проводят отжиг при условиях, в совокупности обеспечивающих диффузию имплантированной в аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 примеси из области локализации имплантированной примеси 5 к границам раздела, в частности, границе отсеченный поверхностный слой кремния 6 - аморфный изолирующий слой 4, устранение на границе раздела и в самом слое избыточных нерегулярных связей, насыщение оборванных связей в результате взаимодействия атомов внедренной примеси с указанными электрически активными дефектами. При этом возможность эндотаксиального формирования дополнительного сплошного слоя диэлектрического материала отсутствует, как, например, это имеет место в известном техническом решении (патент РФ №2368034 на изобретение, МПК: 8 H01L 21/324), за счет чего в приведенном техническом решении улучшается качество структуры. Условия отжига - температурный режим и его продолжительность, а именно, температуры отжига 700-1100°C, длительность не менее 0,5 часа, а также наличие инертной атмосферы. Отметим, что указанные конкретные условия отжига правомерны в случаях формирования области локализации внедренной примеси 5 или формирования профиля распределения атомов примеси, как указано выше, в половине аморфного изолирующего слоя 4, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора 1 отсеченного поверхностного слоя кремния 6, на расстоянии от границы сращивания, сопоставимом с длиной диффузии имплантированных атомов примеси при проведении отжига. В других случаях конкретные режимы отжига будут отличаться от указанных.

Основное отличие предлагаемого способа от ближайшего технического решения заключается в осуществлении в аморфный изолирующий слой на подложке, выполняющий роль аморфной матрицы, имплантации ионов легко диффундирующей примеси, способной удалять избыточные нерегулярные связи и насыщать оборванные связи, последующего перенесении на аморфный изолирующего слой на подложке монокристаллического полупроводникового слоя с другой пластины, и высокотемпературного отжига, обеспечивающего диффузию имплантированной примеси к границе раздела, при этом формируется структура кремний-на-изоляторе более высокого качества.

Достижение технического результата обеспечивается благодаря имплантации участвующих в формировании дополнительных связей ионов примесей дозами, достаточными для устранения паразитных связей и/или насыщения оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе сращивания в результате осуществления диффузии при отжиге. Таким образом, достигается отсутствие паразитных и оборванных связей в захороненном аморфном изолирующем слое структуры, на границе сращивания указанного слоя с перенесенным слоем кремния, являющихся ловушками положительных зарядов, а также отсутствие оборванных ненасыщенных связей на границе сращивания, что обуславливает улучшение электрофизических характеристик структуры кремний-на-изоляторе, обеспечивая низкие плотности состояний на границах раздела слоев структуры кремний-на-изоляторе и фиксированных зарядов в захороненном аморфном изолирующем слое при воздействии ионизирующего облучения.

В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации заявляемого способа, приводим нижеследующие примеры.

Пример 1.

При реализации способа изготовления структуры кремний-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в аморфном изолирующем слое и на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния, с формированием области локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей. Затем соединяют с аморфным изолирующим слоем подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание, формируют поверхностный слой кремния требуемой толщины. В финале изготовления осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в аморфном изолирующем слое и/или на границе раздела между аморфным изолирующим слоем и поверхностным слоем кремния.

В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.

Для формирования поверхностного слоя кремния требуемой толщины перед соединением кремниевой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой кремния заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н₂ ⁺ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×10¹⁶ см^-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности кремниевой подложки-донора выращивают защитный слой окисла кремния толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные св