RU2240630C1 - Method for producing silicon films - Google Patents
Method for producing silicon films Download PDFInfo
- Publication number
- RU2240630C1 RU2240630C1 RU2003122534/28A RU2003122534A RU2240630C1 RU 2240630 C1 RU2240630 C1 RU 2240630C1 RU 2003122534/28 A RU2003122534/28 A RU 2003122534/28A RU 2003122534 A RU2003122534 A RU 2003122534A RU 2240630 C1 RU2240630 C1 RU 2240630C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- conductivity
- type
- working plate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для создания полупроводниковых структур, в частности, структур кремний-на-изоляторе (КНИ), кремний-на-кремнии (КНК) для производства сверхбольших интегральных схем (СБИС) и других устройств микро- и наноэлектроники.The invention relates to semiconductor technology and can be used to create semiconductor structures, in particular, silicon-on-insulator (SIC), silicon-on-silicon (SSC) structures for the production of ultra-large integrated circuits (VLSI) and other micro and nanoelectronic devices .
Наряду с кремниевыми пластинами в последнее время в микроэлектронике возникла потребность в многослойных структурах, в частности, структурах типа КНИ. Применение КНИ-структур открывает новые возможности в микроэлектронике при создании СБИС, обладающих, за счет полной диэлектрической изоляции, более низким энергопотреблением, высокими пробивными напряжениями, быстродействием, стойкостью к внешним излучениям. Создание трехмерных интегральных схем, имеющих более одной плоскости расположения элементов, сформированных в слоях полупроводникового материала и разделенных диэлектриком, открывает широкие перспективы для функциональной интеграции. Так, трехмерная интеграция позволяет проектировать интеллектуальные сенсорные устройства, чувствительные элементы которых размещаются в верхнем слое, а схемы обработки сигналов - на нижних.Along with silicon wafers, recently in microelectronics a need arose for multilayer structures, in particular, structures of the SOI type. The application of SOI structures opens up new possibilities in microelectronics when creating VLSIs, which, due to complete dielectric isolation, have lower energy consumption, high breakdown voltages, high-speed performance, and resistance to external radiation. The creation of three-dimensional integrated circuits having more than one plane of arrangement of elements formed in layers of a semiconductor material and separated by a dielectric opens up wide prospects for functional integration. So, three-dimensional integration allows you to design intelligent sensor devices, the sensitive elements of which are located in the upper layer, and signal processing circuits - in the lower ones.
Из существующих методов получения многослойных структур наиболее перспективным является способ прямого сращивания кремниевых пластин (ПСК). Он позволяет получать высококачественные пленки монокристаллического кремния с высокими электрофизическими параметрами. Одним из преимуществом является использование в качестве рабочих, где впоследствии формируются активные элементы приборов, не эпитаксиальных или рекристаллизованных слоев, а слоев монокристаллического кремния, обладающего высоким структурным совершенством. Технология ПСК позволяет получать высококачественные пленки монокристаллического кремния с толщиной от десятков микрометров до десятков нанометров. Метод не имеет ограничений по диаметру получаемых структур. Однако проблемой, возникающей в процессе создания таких структур, является получение однородных по толщине тонких монокристаллических слоев кремния.Of the existing methods for producing multilayer structures, the most promising method is direct splicing of silicon wafers (UCS). It allows you to get high-quality films of single-crystal silicon with high electrophysical parameters. One of the advantages is the use as workers, where subsequently the active elements of the devices are formed, not epitaxial or recrystallized layers, but layers of single-crystal silicon with high structural perfection. PSK technology allows to obtain high-quality films of single-crystal silicon with a thickness of tens of micrometers to tens of nanometers. The method has no restrictions on the diameter of the resulting structures. However, the problem that arises in the process of creating such structures is the production of thin single crystals of silicon uniform in thickness.
Разброс по толщине серийно выпускаемых кремниевых пластин может составлять 5-15 мкм. Для решения проблемы получения отсеченных слоев с однородной толщиной обычно создают так называемые стопорные слои либо для избирательного химического травления, либо для химико-механической полировки (ХМП) (J. Haisma, G.A.C.M.Spierings, U.K.P. Biermann and J.A. Pals. Silicon-on-Insulator Wafer Bonding-Wafer Thinning Technological Evalutions. - Jap. J. Appl. Phys., 1989, v.28, №8, pp. 1426-1443).The variation in thickness of commercially available silicon wafers may be 5-15 microns. To solve the problem of obtaining cut-off layers with a uniform thickness, so-called retaining layers are usually created either for selective chemical etching or for chemical mechanical polishing (HMP) (J. Haisma, GACMSpierings, UKP Biermann and JA Pals. Silicon-on-Insulator Wafer Bonding-Wafer Thinning Technological Evalutions. - Jap. J. Appl. Phys., 1989, v. 28, No. 8, pp. 1426-1443).
Известен способ изготовления кремниевых пленок (патент США №5147808, МПК 5 Н 01 L 21/265, 5 H 01 L 21/302), заключающийся в том, что в рабочей пластине кремния формируют сильнолегированный p++-слой, после чего подложечную пластину сращивают с рабочей пластиной, проводят травление рабочей пластины до достижения сильнолегированного р++-слоя, после чего в другом травителе удаляют сильнолегированный р++-слой, при этом формируют сильнолегированный р++-слой имплантацией ионов бора с энергией более 1 МэВ и дозой 2,5× 1015 см2, в качестве подложечной пластины используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния, сращивают рабочую и подложечную пластины по поверхностям, через которую проводят имплантацию, и со слоем окисла кремния.A known method of manufacturing silicon films (US patent No. 5147808, IPC 5 H 01 L 21/265, 5 H 01 L 21/302), which consists in the fact that in the silicon wafer form a heavily doped p ++ layer, after which the substrate plate spliced with the working plate, etching is performed until reaching a working plate highly doped p ++ -layer then removed in another etchant highly doped p ++ -layer, thus forming highly doped p ++ -layer implanting boron ions with an energy greater than 1 MeV and
Недостатком данного способа является низкое качество изготавливаемой пленки кремния, а именно ее дефектность, обусловленная имплантацией, а также особенностями последующего технологического процесса утонения, а именно тем, что травление рабочей пластины осуществляют посредством многократных циклов термического окисления ее с последующим стравливанием окисленного слоя, что и приводит к накоплению дефектов.The disadvantage of this method is the low quality of the manufactured silicon film, namely, its defect caused by implantation, as well as the features of the subsequent technological process of thinning, namely, that the etching of the working plate is carried out through multiple cycles of thermal oxidation of it with subsequent etching of the oxidized layer, which leads to the accumulation of defects.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ изготовления кремниевых пленок (патент США №5256581, МПК 5 Н 01 L 21/306, 5 Н 01 L 21/84), заключающийся в том, что в рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, подложечную пластину сращивают с рабочей пластиной, проводят травление, при этом в качестве рабочей пластины кремния используют пластину р-типа проводимости, а создают слой противоположного n-типа проводимости, травление осуществляют до границы р-n-перехода, образованного слоем n-типа проводимости в рабочей пластине кремния р-типа проводимости, слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, создают на поверхности рабочей пластины, в качестве подложечной пластины используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния, сращивают рабочую и подложечную пластины по поверхностям со слоем противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, и со слоем окисла кремния подложечной пластины, после травления осуществляют отжиг, который проводят так, чтобы изготавливаемая кремниевая пленка имела тот же самый тип проводимости, что и исходная рабочая пластина кремния, причем создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, за счет пассивации легирующей примеси в результате имплантации ионов водорода, а подложечную пластину сращивают с рабочей пластиной при температуре 200° С.The closest technical solution to the claimed is a method of manufacturing silicon films (US patent No. 5256581, IPC 5 H 01 L 21/306, 5 H 01 L 21/84), which consists in the fact that in the working plate of silicon create a layer of the opposite type of conductivity, than the conductivity type of the working plate, the substrate plate is spliced with the working plate, etching is carried out, while a p-type conductivity plate is used as a silicon working plate, and a layer of the opposite n-type conductivity is created, etching is carried out to the p-n junction boundary, formed by an n-type conductivity layer in a p-type silicon working plate, a layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate is created on the surface of the working plate, a silicon plate coated with a layer of silicon oxide is used as a substrate plate, the working and substrate plates are spliced on surfaces with a layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate, and with a layer of silicon oxide of the substrate plate, after etching, annealing is carried out, which so that the fabricated silicon film has the same type of conductivity as the original silicon working plate, whereby a layer of the opposite type of conductivity is created than the type of conductivity of the working plate due to passivation of the dopant as a result of implantation of hydrogen ions, and the substrate plate is spliced with a working plate at a temperature of 200 ° C.
Недостатком данного способа является то, что изготавливаемые кремниевые пленки имеют невысокое качество, а именно дефектны, в результате того, что создаваемый слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, слой n-типа, обладает низкой температурной стабильностью, обуславливающей проведение сращивания подложечной и рабочей пластин при температуре 200° С, что приводит к дефектам сращивания пленки с подложечной пластиной. Изготавливаемые пленки кремния имеют низкую прочность соединения с подложечными пластинами.The disadvantage of this method is that the manufactured silicon films are of poor quality, namely defective, as a result of the fact that the created layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate, the n-type layer has low temperature stability, which leads to the carrying out of fusion of the substrate and working plates at a temperature of 200 ° C, which leads to defects in the coalescence of the film with the substrate plate. The silicon films produced have a low bond strength with the substrate plates.
Техническим результатом изобретения является повышение качества изготавливаемых пленок, а именно снижение их дефектности.The technical result of the invention is to improve the quality of the manufactured films, namely the reduction of their defects.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления кремниевых пленок, заключающемся в том, что в рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, подложечную пластину сращивают с рабочей пластиной, проводят травление, при этом в качестве рабочей пластины кремния используют пластину р-типа проводимости, а создают слой противоположного n-типа проводимости, травление осуществляют до границы р-n-перехода, образованного слоем n-типа проводимости в рабочей пластине кремния р-типа проводимости, сначала осуществляют введение водорода в рабочую пластину кремния, создавая гидрогенизированный слой, затем одновременно с операцией сращивания подложечной пластины с рабочей пластиной в рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, за счет ускоренного образования донорных центров в гидрогенизированном слое или сначала осуществляют введение водорода в рабочую пластину кремния, создавая гидрогенизированный слой, затем последовательно в рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, за счет ускоренного образования донорных центров в гидрогенизированном слое, подложечную пластину сращивают с рабочей пластиной.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing silicon films, which consists in the fact that in the silicon wafer a layer of the opposite type of conductivity is created than the type of conductivity of the wafer, the substrate plate is spliced with the wafer, etching is carried out, while the silicon wafer use a p-type conductivity plate, and create a layer of the opposite n-type conductivity, etching is carried out to the boundary of the p-n junction formed by the n-type conductivity layer in the working plate f silicon of p-type conductivity, first hydrogen is introduced into the silicon working plate, creating a hydrogenated layer, then simultaneously with the operation of splicing the substrate plate with the working plate in the silicon working plate, a layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate is created due to accelerated formation donor centers in the hydrogenated layer or first introduce hydrogen into the silicon wafer, creating a hydrogenated layer, then sequentially a layer of the opposite type of conductivity is created in the silicon working plate than the type of conductivity of the working plate, due to the accelerated formation of donor centers in the hydrogenated layer, the substrate plate is spliced with the working plate.
В способе осуществляют введение водорода в рабочую пластину, создавая гидрогенизированный слой, в приповерхностной области, слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, создают в гидрогенизированном слое.In the method, hydrogen is introduced into the working plate, creating a hydrogenated layer, in the surface region, a layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate is created in the hydrogenated layer.
В способе в качестве подложечной пластины используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния.In the method, a silicon wafer coated with a layer of silicon oxide is used as a wafer.
В способе сращивают рабочую и подложечную пластины соответственно по поверхностям, при которой был создан гидрогенизированный слой, и со слоем окисла кремния, нанесенным на подложечную пластину.In the method, the working and substrate plates are spliced, respectively, on the surfaces at which the hydrogenated layer was created, and with a layer of silicon oxide deposited on the substrate plate.
В способе после травления осуществляют отжиг, причем отжиг проводят так, чтобы изготавливаемая кремниевая пленка имела тот же самый тип проводимости, что и исходная рабочая пластина кремния.In the method, after etching, annealing is carried out, and annealing is carried out so that the silicon film produced has the same type of conductivity as the original silicon working plate.
В способе введение водорода в рабочую пластину кремния осуществляют из плазмы водорода.In the method, the introduction of hydrogen into the silicon wafer is carried out from a hydrogen plasma.
В способе перед травлением для удаления лишнего слоя кремния проводят механическую шлифовку и химико-механическую полировку, не достигая границы р-n-перехода.In the method, before etching, mechanical grinding and chemical-mechanical polishing are performed to remove the excess silicon layer, without reaching the pn junction boundary.
В способе подложечную пластину сращивают с рабочей пластиной, в рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, за счет ускоренного образования донорных центров при температуре 350-500° С.In the method, the substrate plate is spliced with the working plate, a layer of the opposite conductivity type is created in the silicon working plate than the type of conductivity of the working plate due to the accelerated formation of donor centers at a temperature of 350-500 ° C.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами: фиг.1 - схематичное изображение поперечного сечения зеркально полированной рабочей пластины кремния с гидрогенизированным приповерхностным слоем и подложечной пластины, где 1 - рабочая пластина, 2 - гидрогенизированный слой, сформированный в рабочей пластине, 3 - пластина кремния, образующая подложечную пластину, 4 - слой окисла кремния, являющийся также элементом подложечной пластины. Фиг.2 - схематичное изображение поперечного сечения сращенных рабочей и подложечной пластин, где 1 - рабочая пластина, 2 - гидрогенизированный слой, сформированный в рабочей пластине, 3 - пластина кремния, образующая подложечную пластину, 4 - слой окисла кремния, являющийся также элементом подложечной пластины, 5 - граница р-n-перехода. Фиг.3 - схематичное изображение поперечного сечения изготовленной кремниевой пленки на подложечной пластине, где 3 - пластина кремния, образующая подложечную пластину, 4 - слой окисла кремния, являющийся также элементом подложечной пластины, 6 - изготовленная кремниевая пленка в гидрогенизированном слое, сформированном в рабочей пластине.The invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings: Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a mirror-polished silicon working plate with a hydrogenated near-surface layer and a substrate plate, where 1 is a working plate, 2 is a hydrogenated layer formed in a working plate, 3 is a silicon plate forming a substrate plate, 4 - a layer of silicon oxide, which is also an element of a substrate plate. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the fused working and substrate plates, where 1 is a working plate, 2 is a hydrogenated layer formed in a working plate, 3 is a silicon plate forming a substrate plate, 4 is a silicon oxide layer, which is also an element of the substrate plate , 5 - the boundary of the pn junction. Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a fabricated silicon film on a wafer, where 3 is a silicon wafer forming a wafer, 4 is a silicon oxide layer, which is also an element of a wafer, 6 is a fabricated silicon film in a hydrogenated layer formed in a working plate .
При осуществлении способа в приповерхностный слой исходной зеркально полированной рабочей пластины кремния р-типа проводимости 1 вводят водород, в результате чего формируют гидрогенизированный слой 2 заданной толщины. Для достижения контролируемого введения водорода по концентрации и глубине используют в предлагаемом способе выдержку рабочих пластин кремния в тлеющем разряде (плазме) атомарного водорода, в отличие от известного технического решения, где осуществляют имплантацию ионов водорода. При этом толщину гидрогенизированного слоя 2 определяют условия выдержки рабочих пластин в плазме. В предлагаемом способе используют стандартные промышленные установки плазменного травления или осаждения, через рабочую камеру которых продувают молекулярный водород при пониженном давлении (10-100 Па). Плазму возбуждают с помощью емкостной или индуктивной связи низкочастотным (~ 30 кГц) или высокочастотным (~ 13,56 МГц) генератором. При использовании плазмы обрабатываемые рабочие пластины подвергают ионному и электронному облучению, а также высокому уровню ультрафиолетового облучения, что приводит к генерации точечных дефектов в приповерхностной области.When implementing the method, hydrogen is introduced into the surface layer of the initial mirror-polished working plate of silicon p-
Рабочую пластину кремния р-типа проводимости 1 с гидрогенизированным слоем 2 и подложечную пластину, после очистки поверхности от посторонних частиц, органических и неорганических загрязнений и формирования на поверхности ионных гидроксильных групп (гидрофилизация) при помощи RCA обработок, то есть обработок в перекисно-кислотном и перекисно-аммиачном растворах, приводят в контакт для сращивания поверхности гидрогенизированного слоя 2 с поверхностью слоя окисла кремния 4, как показано на фиг.2. Затем проводят сращивание в диапазоне температур 350-500° С. Во-первых, сращивание при таких температурах обеспечивает образование связей между сращиваемыми поверхностями с энергией, достаточной для проведения последующих процессов. Во-вторых, одновременно с образованием связей между сращиваемыми поверхностями при таких термообработках в рабочей пластине 1 имеет место формирование слоя n-типа проводимости за счет ускоренного образования донорных центров в гидрогенизированном слое 2, в результате чего образуется р-n-переход.A p-type silicon working plate of
В известном техническом решении (патент США №5256581, МПК 5 Н 01 L 21/306, 5 H 01 L 21/84) этот слой формируется за счет деактивации водородом (Н+) мелкой акцепторной примеси бора (С.Т. Sah, J.Y.C. Sun, J.J.T. Tzou. Deactivation of the Boron acceptor in silicon by Hydrogen. - Appl. Phys. Lett., 1983, Vol. 43, № 2, pp. 204-206). Механизм деактивации мелких акцепторов (А-) можно представить в виде: А-+Н+→ (АН)0. Термическая устойчивость комплексов (АН)0 зависит от выбора акцепторных примесей и составляет для бора ≤ 160° С (Pearton S.J., Corbett J.W., Shi T.S. Hydrogen in crystalline semiconductors. - Appl. Phys. A,1987, V.43, № 2, p. 153-195). Хорошо известно, что водород в кремнии уже при комнатных температурах имеет высокий коэффициент диффузии. Поэтому при прогревах с увеличением длительности термообработки слой с деактивированной мелкой акцепторной примесью бора будет увеличиваться в глубь кристалла. При увеличении температуры выше 160° С толщина слоя будет наоборот уменьшаться в результате распада комплексов (АН)0. Именно по этой причине в известном техническом решении этап сращивания рабочей кремниевой пластины со слоем кремния n-типа с окисленной поверхностью подложечной кремниевой пластины осуществляют при температуре ниже 200° С. Однако из литературы известно, что после сращивания при комнатной температуре прочность соединения между сращиваемыми поверхностями начинает резко возрастать начиная с температуры 200-300° C (Maszara WP, Goetz G, Caviglia A, McKitterick JB. - J. Appl. Phys, 1988. Vol. 64, pp. 4943-4950).In a known technical solution (US patent No. 5256581, IPC 5 H 01 L 21/306, 5 H 01 L 21/84) this layer is formed due to deactivation by hydrogen (H + ) of a small acceptor impurity of boron (C.T. Sah, JYC Sun, JJ Tzou. Deactivation of the Boron acceptor in silicon by Hydrogen. - Appl. Phys. Lett., 1983, Vol. 43, No. 2, pp. 204-206). The mechanism of deactivation of small acceptors (A - ) can be represented as: A - + H + → (AN) 0 . The thermal stability of the complexes (AN) 0 depends on the choice of acceptor impurities and is ≤ 160 ° С for boron (Pearton SJ, Corbett JW, Shi TS Hydrogen in crystalline semiconductors. - Appl. Phys. A, 1987, V.43, No. 2, p. 153-195). It is well known that hydrogen in silicon even at room temperature has a high diffusion coefficient. Therefore, upon heating with an increase in the duration of heat treatment, a layer with a deactivated shallow acceptor impurity of boron will increase deep into the crystal. With an increase in temperature above 160 ° С, the layer thickness will on the contrary decrease as a result of the decomposition of complexes (AN) 0 . For this reason, in a known technical solution, the stage of fusion of the working silicon wafer with an n-type silicon layer with the oxidized surface of the substrate silicon wafer is carried out at a temperature below 200 ° C. However, it is known from the literature that after fusion at room temperature, the bond strength between the fused surfaces begins increase sharply starting at a temperature of 200-300 ° C (Maszara WP, Goetz G, Caviglia A, McKitterick JB. - J. Appl. Phys. 1988. Vol. 64, pp. 4943-4950).
Известно, что низкотемпературный отжиг кислородосодержащего кремния в диапазоне температур 300-500° С приводит к образованию электрически активных центров с участием атомов кислорода (термодоноров). Максимальная скорость введения донорных центров наблюдается при 450° С. Эффективность образования донорных центров во многом определяется дефектно-примесной подсистемой кристалла. Неконтролируемые примеси углерода, водорода, собственные точечные дефекты, присутствующие в исходных кристаллах или вносимые в ходе технологических обработок в процессе производства полупроводниковых приборов, могут как ускорять, так и замедлять скорость образования термодоноров (В.М. Бабич, Н.И. Блецкан, Е.Ф. Венгер. Кислород в монокристаллах кремния. - Киев: Интерпрес ЛТД, 1997. – 240 с.). Ускоренный рост донорных центров в кремнии наблюдается после предварительной гидрогенизации. Присутствие водорода в концентрациях 1015-1016 см-3 приводит к существенному возрастанию (до 106 раз при Т≤ 300° С) коэффициента диффузии кислорода в кристаллах кремния. Донорные центры формируются также и за счет взаимодействия атомов водорода с точечными дефектами, возникающими в процессе введения водорода в приповерхностный слой.It is known that low-temperature annealing of oxygen-containing silicon in the temperature range of 300-500 ° C leads to the formation of electrically active centers with the participation of oxygen atoms (thermal donors). The maximum rate of introduction of donor centers is observed at 450 ° C. The efficiency of the formation of donor centers is largely determined by the defect-impurity subsystem of the crystal. Uncontrolled impurities of carbon, hydrogen, intrinsic point defects present in the initial crystals or introduced during technological treatments during the production of semiconductor devices can both accelerate and slow down the rate of formation of thermal donors (V.M. Babich, N.I. Bletskan, E F. Wenger, Oxygen in silicon single crystals. - Kiev: Interpress LTD, 1997. - 240 p.). Accelerated growth of donor centers in silicon is observed after preliminary hydrogenation. The presence of hydrogen in concentrations of 10 15 -10 16 cm -3 leads to a significant increase (up to 10 6 times at T≤ 300 ° C) of the diffusion coefficient of oxygen in silicon crystals. Donor centers are also formed due to the interaction of hydrogen atoms with point defects that arise during the introduction of hydrogen into the surface layer.
Совпадение температурных интервалов образования связей между сращиваемыми поверхностями и формирования слоя с типом проводимости, отличным от типа проводимости рабочей пластины, позволяет одновременно проводить сращивание и формировать слой с инверсным типом проводимости. Однако также в предлагаемом способе возможно после введения водорода сначала сформировать слой с инверсным типом проводимости, а затем приступить к сращиванию рабочей и подложечной пластин.The coincidence of the temperature intervals for the formation of bonds between the bonded surfaces and the formation of a layer with a conductivity type different from the conductivity type of the working plate allows for simultaneous splicing and formation of a layer with an inverse type of conductivity. However, it is also possible in the proposed method, after introducing hydrogen, to first form a layer with an inverse type of conductivity, and then proceed to splicing the working and substrate plates.
Для получения кремниевой пленки заданной толщины, отсеченной от подложки, например, на слое окисла кремния, КНИ-структуры, после сращивания рабочей и подложечной пластин, поперечное сечение которых схематично изображено на фиг.2, проводят стадию утонения. Эту стадию лучше проводить в два этапа. На первом этапе с рабочей пластины удаляют лишний слой кремния механической шлифовкой и химико-механической полировкой, не достигая при этом границы р-n-перехода 5 на 5-50 мкм. На втором этапе утонение проводят травлением, из которых предпочтительным является хорошо известный метод электрохимического травления. Травление кремния прекращается при достижении границы р-n-перехода 5. В результате на окисленной поверхности подложечной пластины 3 остается слой кремния, который имеет точно контролируемую толщину.To obtain a silicon film of a given thickness, cut off from the substrate, for example, on a layer of silicon oxide, SOI structure, after the splicing of the working and substrate plates, the cross-section of which is schematically shown in figure 2, a thinning stage is carried out. This stage is best carried out in two stages. At the first stage, an excess silicon layer is removed from the working plate by mechanical grinding and chemical-mechanical polishing, without reaching the boundary of the
После утонения полученную кремниевую пленку на подложечной пластине отжигают в стандартной печи (например, СДО-125) в контролируемой газовой среде (в смеси азота с кислородом) при температуре до 1150° С в течение 1-2 часов. При такой термообработке удаляют водород из гидрогенизированного слоя 2, в результате чего в нем восстанавливают тот же тип проводимости и уровень легирования, что и в исходном кремнии рабочей пластины 1.After thinning, the obtained silicon film on the substrate plate is annealed in a standard furnace (for example, SDO-125) in a controlled gas medium (in a mixture of nitrogen with oxygen) at a temperature of up to 1150 ° C for 1-2 hours. With this heat treatment, hydrogen is removed from the
В качестве сведений, подтверждающих реализацию предлагаемого способа, приводим нижеследующие примеры.As information confirming the implementation of the proposed method, we give the following examples.
Пример 1Example 1
В приповерхностный слой исходной зеркально полированной рабочей пластины кремния р-типа проводимости марки КДБ-7,5 осуществляют введение водорода, создавая гидрогенизированный слой в приповерхностной области рабочей пластины, обработкой в плазме атомарного водорода. Плазму возбуждают с помощью емкостной связи высокочастотным (~13,56 МГц) генератором. Рабочую пластину обрабатывают в плазме водорода при температуре 250° С в течение 45 минут.Hydrogen is introduced into the near-surface layer of the initial mirror-polished working plate of p-type silicon silicon of the KDB-7.5 grade, creating a hydrogenated layer in the near-surface area of the working plate, by treating atomic hydrogen in a plasma. Plasma is excited using capacitive coupling by a high-frequency (~ 13.56 MHz) generator. The working plate is treated in a plasma of hydrogen at a temperature of 250 ° C for 45 minutes.
Затем рабочую пластину и подложечную пластину, в качестве которой используют пластину кремния, покрытую окисным слоем кремния, подвергают химической обработке, а именно очистке поверхности от посторонних частиц, органических и неорганических загрязнений и формированию на поверхности ионных гидроксильных групп (гидрофилизация) при помощи RCA обработок в перекисно-кислотном и перекисно-аммиачном растворах.Then, the working plate and the substrate plate, which is used as a silicon plate coated with an silicon oxide layer, are subjected to chemical treatment, namely, cleaning the surface of foreign particles, organic and inorganic contaminants and forming ionic hydroxyl groups on the surface (hydrophilization) using RCA treatments in peroxide-acid and peroxide-ammonia solutions.
После химической обработки рабочую и подложечную пластины соединяют, сращивают и одновременно с этим в рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, слой n-типа проводимости, за счет ускоренного образования донорных центров. При этом слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, создают в гидрогенизированном слое, а сращивают рабочую и подложечную пластины соответственно по поверхностям, при которой был создан гидрогенизированный слой, и со слоем окисла кремния при температуре 450° С и времени выдержки 2 часа. Заключение о наступлении инверсии проводимости проводят по измерениям ЭДС Холла.After chemical treatment, the working and substrate plates are joined, spliced, and simultaneously with this, a layer of the opposite conductivity type is created in the silicon work plate than the conductivity type of the work plate, n-type conductivity layer, due to the accelerated formation of donor centers. In this case, a layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate is created in the hydrogenated layer, and the working and substrate plates are spliced, respectively, on the surfaces at which the hydrogenated layer was created, and with a layer of silicon oxide at a temperature of 450 ° C and a holding time of 2 hours . The conclusion about the onset of conductivity inversion is carried out by measuring the Hall EMF.
После наступления инверсии проводимости для удаления лишнего слоя кремния с рабочей пластины проводят механическую шлифовку и химико-механическую полировку, не достигая при этом границы p-n-перехода, а затем осуществляют травление до границы p-n-перехода.After the occurrence of conductivity inversion, in order to remove the excess silicon layer from the working plate, mechanical grinding and chemical-mechanical polishing are carried out without reaching the boundary of the pn junction, and then etching to the boundary of the pn junction is performed.
Чтобы изготавливаемая кремниевая пленка имела тот же самый тип проводимости, что и исходная рабочая пластина, после травления осуществляют отжиг при температуре 1050° С в течение 2 часов.In order for the silicon film to be produced to have the same type of conductivity as the original working plate, after etching, annealing is carried out at a temperature of 1050 ° C for 2 hours.
Пример 2Example 2
В приповерхностный слой исходной зеркально полированной рабочей пластины кремния р-типа проводимости марки КДБ-7,5 осуществляют введение водорода, создавая гидрогенизированный слой в приповерхностной области рабочей пластины, обработкой в плазме атомарного водорода. Плазму возбуждают с помощью емкостной связи высокочастотным (~13,56 МГц) генератором. Рабочую пластину обрабатывают в плазме водорода при температуре 250° С в течение 45 минут.Hydrogen is introduced into the near-surface layer of the initial mirror-polished working plate of p-type silicon silicon of the KDB-7.5 grade, creating a hydrogenated layer in the near-surface area of the working plate, by treating atomic hydrogen in a plasma. Plasma is excited using capacitive coupling by a high-frequency (~ 13.56 MHz) generator. The working plate is treated in a plasma of hydrogen at a temperature of 250 ° C for 45 minutes.
В рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, слой n-типа проводимости, за счет ускоренного образования донорных центров. При этом слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, создают в гидрогенизированном слое, сформированном в приповерхностной области рабочей пластины, при температуре 500° С.In the silicon working plate, a layer of the opposite type of conductivity is created than the type of conductivity of the working plate, an n-type conductivity layer due to the accelerated formation of donor centers. In this case, a layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate is created in a hydrogenated layer formed in the surface region of the working plate at a temperature of 500 ° C.
Затем рабочую пластину и подложечную пластину, в качестве которой используют пластину кремния, покрытую окисным слоем, подвергают химической обработке, а именно очистке поверхности от посторонних частиц, органических и неорганических загрязнений и формированию на поверхности ионных гидроксильных групп (гидрофилизация) при помощи RCA обработок в перекисно-кислотном и перекисно-аммиачном растворах.Then, the working plate and the substrate plate, which is used as a silicon plate coated with an oxide layer, are subjected to chemical treatment, namely cleaning the surface of foreign particles, organic and inorganic contaminants and forming ionic hydroxyl groups on the surface (hydrophilization) using RCA treatments in peroxide -acid and peroxide-ammonia solutions.
После химической обработки рабочую и подложечную пластины соединяют и сращивают соответственно по поверхностям, при которой был создан гидрогенизированный слой, и со слоем окисла кремния при температуре 375° С и времени выдержки 20 минут.After chemical treatment, the working and substrate plates are joined and spliced, respectively, on the surfaces at which the hydrogenated layer was created, and with a layer of silicon oxide at a temperature of 375 ° C and a holding time of 20 minutes.
После сращивания для удаления лишнего слоя кремния с рабочей пластины проводят механическую шлифовку и химико-механическую полировку, не достигая при этом границы р-n-перехода, а затем осуществляют травление до границы p-n-перехода.After splicing, mechanical grinding and chemical-mechanical polishing are performed to remove the excess silicon layer from the working plate, without reaching the boundary of the pn junction, and then etching to the boundary of the pn junction is performed.
Чтобы изготавливаемая кремниевая пленка имела тот же самый тип проводимости, что и исходная рабочая пластина, после травления осуществляют отжиг при температуре 1150° С в течение 1 часов.In order for the silicon film to be produced to have the same type of conductivity as the original working plate, after etching, annealing is carried out at a temperature of 1150 ° C for 1 hour.
Пример 3Example 3
В приповерхностный слой исходной зеркально полированной рабочей пластины кремния р-типа проводимости марки КДБ-7,5 осуществляют введение водорода, создавая гидрогенизированный слой в приповерхностной области рабочей пластины, обработкой в плазме атомарного водорода. Плазму возбуждают с помощью емкостной связи высокочастотным (~ 13,56 МГц) генератором. Рабочую пластину обрабатывают в плазме водорода при температуре 250° С в течение 60 минут.Hydrogen is introduced into the near-surface layer of the initial mirror-polished working plate of p-type silicon silicon of the KDB-7.5 grade, creating a hydrogenated layer in the near-surface area of the working plate, by treating atomic hydrogen in a plasma. Plasma is excited using capacitive coupling by a high-frequency (~ 13.56 MHz) generator. The working plate is treated in a plasma of hydrogen at a temperature of 250 ° C for 60 minutes.
В рабочей пластине кремния создают слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, слой n - типа проводимости, за счет ускоренного образования донорных центров. При этом слой противоположного типа проводимости, чем тип проводимости рабочей пластины, создают в гидрогенизированном слое, сформированном в приповерхностной области рабочей пластины, при температуре 350° С.In the silicon working plate, a layer of the opposite type of conductivity is created than the type of conductivity of the working plate, and the n layer is of the type of conductivity due to the accelerated formation of donor centers. In this case, a layer of the opposite type of conductivity than the type of conductivity of the working plate is created in a hydrogenated layer formed in the surface region of the working plate at a temperature of 350 ° C.
Затем рабочую пластину и подложечную пластину, в качестве которой используют пластину кремния, покрытую окисным слоем, подвергают химической обработке, а именно очистке поверхности от посторонних частиц, органических и неорганических загрязнений и формированию на поверхности ионных гидроксильных групп (гидрофилизация) при помощи RCA обработок в перекисно-кислотном и перекисно-аммиачном растворах.Then, the working plate and the substrate plate, which is used as a silicon plate coated with an oxide layer, are subjected to chemical treatment, namely cleaning the surface of foreign particles, organic and inorganic contaminants and forming ionic hydroxyl groups on the surface (hydrophilization) using RCA treatments in peroxide -acid and peroxide-ammonia solutions.
После химической обработки рабочую и подложечную пластины соединяют и сращивают соответственно по поверхностям, при которой был создан гидрогенизированный слой, и со слоем окисла кремния при температуре 500° С и времени выдержки 15 минут.After chemical treatment, the working and substrate plates are joined and spliced, respectively, on the surfaces at which the hydrogenated layer was created, and with a layer of silicon oxide at a temperature of 500 ° C and a holding time of 15 minutes.
После сращивания для удаления лишнего слоя кремния с рабочей пластины проводят механическую шлифовку и химико-механическую полировку, не достигая при этом границы р-n-перехода, а затем осуществляют травление до границы p-n-перехода.After splicing, mechanical grinding and chemical-mechanical polishing are performed to remove the excess silicon layer from the working plate, without reaching the boundary of the pn junction, and then etching to the boundary of the pn junction is performed.
Чтобы изготавливаемая кремниевая пленка имела тот же самый тип проводимости, что и исходная рабочая пластина, после травления осуществляют отжиг при температуре 1150° С в течение 1 часа.In order for the silicon film to be produced to have the same type of conductivity as the original working plate, after etching, annealing is carried out at a temperature of 1150 ° C for 1 hour.
Высокое структурное совершенство рабочего слоя, возможность получения отсеченных слоев кремния на диэлектрике (КНИ-структуры) с различной кристаллографической ориентацией, широкая возможность вариации толщины отсеченного слоя и разделительного диэлектрика, лучшие электрофизические характеристики, получение структур с различным уровнем легирования в рабочем слое обуславливает перспективность технологии для широкого применения в современной микроэлектронике. Применение настоящего способа позволяет перейти к изготовлению КНИ-структур партиями групповым способом, составляющим основу массового производства. При этом основные технологические операции проводят на серийном промышленном оборудовании, что дает огромный экономический эффект.High structural excellence of the working layer, the possibility of obtaining cut-off silicon layers on the dielectric (SOI structure) with different crystallographic orientations, the wide possibility of varying the thickness of the cut-off layer and the separation dielectric, the best electrophysical characteristics, obtaining structures with different doping levels in the working layer makes the technology promising for widely used in modern microelectronics. The application of this method allows us to proceed to the manufacture of SOI structures in batches in a group way, which forms the basis of mass production. At the same time, the main technological operations are carried out on serial industrial equipment, which gives a huge economic effect.
Положительным эффектом предлагаемого способа также является возможность использовать кремниевые пластины с менее жесткими требованиями по плоскостности (прогиб, коробление) и применять для повышения производительности грубую механическую шлифовку при удалении лишнего кремния с рабочей пластины перед травлением.A positive effect of the proposed method is the ability to use silicon wafers with less stringent flatness requirements (deflection, warping) and apply rough mechanical grinding to increase productivity when removing excess silicon from the wafer before etching.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122534/28A RU2240630C1 (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Method for producing silicon films |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122534/28A RU2240630C1 (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Method for producing silicon films |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2240630C1 true RU2240630C1 (en) | 2004-11-20 |
| RU2003122534A RU2003122534A (en) | 2005-01-10 |
Family
ID=34311114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003122534/28A RU2240630C1 (en) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | Method for producing silicon films |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2240630C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622896C2 (en) * | 2015-10-05 | 2017-06-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума" (АО "НИЦПВ") | Method for quantitative three-dimensional reconstruction of silicon micro- and nanostructures surface |
-
2003
- 2003-07-18 RU RU2003122534/28A patent/RU2240630C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622896C2 (en) * | 2015-10-05 | 2017-06-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума" (АО "НИЦПВ") | Method for quantitative three-dimensional reconstruction of silicon micro- and nanostructures surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003122534A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6054363A (en) | Method of manufacturing semiconductor article | |
| US7052948B2 (en) | Film or layer made of semi-conductive material and method for producing said film or layer | |
| KR100279756B1 (en) | Manufacturing method of semiconductor article | |
| KR101154133B1 (en) | Free-standing thickness of single crystal material and method having carrier lifetimes | |
| US20130089968A1 (en) | Method for finishing silicon on insulator substrates | |
| KR20090018848A (en) | Semiconductor on insulator structure made using radiation annealing | |
| JPH03187996A (en) | Formation of thin film | |
| WO2003092041B1 (en) | Method for fabricating a soi substrate a high resistivity support substrate | |
| KR20070100119A (en) | Method for manufacturing simox wafer and simox wafer obtained by this method | |
| KR101340002B1 (en) | SOI Wafer Manufacturing Method | |
| US6670259B1 (en) | Inert atom implantation method for SOI gettering | |
| EP1965413B1 (en) | Method for manufacturing soi substrate | |
| RU2240630C1 (en) | Method for producing silicon films | |
| JP2018032668A (en) | Silicon junction wafer manufacturing method | |
| KR102129190B1 (en) | Method for manufacturing epitaxial wafer and epitaxial wafer | |
| KR20160013037A (en) | Method for manufacturing bonded wafer | |
| JP6791321B2 (en) | Silicon bonded wafer | |
| JP3452122B2 (en) | Method for manufacturing SOI substrate | |
| JPH10200079A (en) | Semiconductor member and its manufacture | |
| JP6273322B2 (en) | Manufacturing method of SOI substrate | |
| RU2265255C2 (en) | Method for producing silicon-on-insulator structure | |
| JP2002118242A (en) | Method for manufacturing semiconductor member | |
| US20040187769A1 (en) | Method of producing SOI wafer | |
| JP2018064057A (en) | Silicon bonded wafer production method and silicon bonded wafer | |
| JP2008028415A (en) | Method for manufacturing soi wafer, and soi wafer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150719 |