RU2710479C1 - Method of forming hexagonal silicon phase by implanting krypton ions in a film of silicon oxide on a monocrystalline silicon wafer - Google Patents

Method of forming hexagonal silicon phase by implanting krypton ions in a film of silicon oxide on a monocrystalline silicon wafer Download PDF

Info

Publication number
RU2710479C1
RU2710479C1 RU2019110185A RU2019110185A RU2710479C1 RU 2710479 C1 RU2710479 C1 RU 2710479C1 RU 2019110185 A RU2019110185 A RU 2019110185A RU 2019110185 A RU2019110185 A RU 2019110185A RU 2710479 C1 RU2710479 C1 RU 2710479C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
phase
silicon oxide
oxide film
film
Prior art date
Application number
RU2019110185A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Олегович Кривулин
Дмитрий Алексеевич Павлов
Давид Исаакович Тетельбаум
Дмитрий Сергеевич Королев
Алёна Андреевна Никольская
Валерий Константинович Васильев
Алексей Николаевич Михайлов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2019110185A priority Critical patent/RU2710479C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2710479C1 publication Critical patent/RU2710479C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to semiconductor technology and can be used in making light-emitting devices based on hexagonal silicon phase, which provides efficient excitation of photoluminescence. In method of forming phase of hexagonal silicon, involving obtaining on the surface of a plate made from diamond-like monocrystalline silicon, a silicon oxide film, implanting therein ions having an atomic radius greater than the atomic radii of the elements which make up the composition of said film and causing high mechanical stresses in said film and abutting subsurface layer of the plate, sufficient for converting the diamond-like phase of monocrystalline silicon into its hexagonal phase, and post-implantation annealing, krypton ions are implanted into said silicon oxide film, wherein thickness of the obtained silicon oxide film and energy and dose of krypton ions is selected from intervals of thickness of the silicon oxide film from 50 to 150 nm, energy of krypton ions from 40 to 80 keV and dose of krypton ions from 1⋅10up to 1⋅10cmprovided that maximum concentration of krypton ions in silicon oxide film at depth of 40–60 % of thickness of said film.EFFECT: technical result from use of the proposed method of forming a hexagonal phase of silicon – high efficiency of forming said phase by increasing the manufacturability of said formation as a result of simplification thereof.3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении светоизлучающих приборов на основе гексагональной фазы кремния, обеспечивающей эффективное возбуждение фотолюминесценции.The invention relates to semiconductor technology and can be used in the manufacture of light-emitting devices based on the hexagonal phase of silicon, which provides effective excitation of photoluminescence.

Наиболее технологичными с точки зрения совместимости с традиционной технологией микроэлектроники являются известные способы ионно-лучевого (имплантационного) формирования гексагональной фазы кремния путем имплантации ионов, имеющих атомный радиус, превышающий атомный радиус кремния, и инициирующих возникновение в алмазоподобном монокристаллическом кремнии механических напряжений, создающих энергетические условия преобразования алмазоподобной (кубической) фазы монокристаллического кремния в его гексагональную фазу (см., например, статью на англ. яз. авторов Т. Y. Tan,

Figure 00000001
& S. М. Нu «Оn the diamond-cubic to hexagonal phase transformation in silicon» - Philosophical Magazine A. 1981, v. 44, №1, c. 127-140; или статью Королёва Д.С. и др. «Формирование гексагональной фазы кремния 9R при ионной имплантации» - Письма в ЖТФ. 2017, т. 43, в. 16, с. 87-92).The most technologically advanced from the point of view of compatibility with traditional microelectronics technology are known methods of ion-beam (implantation) formation of the hexagonal phase of silicon by implanting ions having an atomic radius greater than the atomic radius of silicon and initiating mechanical stresses in diamond-like single-crystal silicon, which create energy conversion conditions diamond-like (cubic) phase of single-crystal silicon in its hexagonal phase (see, for example p, article in English by the authors T. Y. Tan,
Figure 00000001
& S. M. Nu “On the diamond-cubic to hexagonal phase transformation in silicon” - Philosophical Magazine A. 1981, v. 44, No. 1, p. 127-140; or article by Korolev D.S. et al. “Formation of the hexagonal phase of silicon 9R during ion implantation” - Letters to the ZhTF. 2017, t. 43, c. 16, p. 87-92).

Толщина слоя получаемой при этом гексагональной фазы кремния и ее качество (степень заполнения слоя алмазоподобного монокристаллического кремния, преобразуемого в гексагональную фазу, этой фазой и однородность такого заполнения), а также стабильность образования этой фазы зависят от уровня указанных выше механических напряжений и имплантационных условий их возникновения в алмазоподобном монокристаллическом кремнии.The thickness of the layer of the resulting hexagonal silicon phase and its quality (the degree of filling of the diamond-like single-crystal silicon layer converted to the hexagonal phase by this phase and the uniformity of such filling), as well as the stability of the formation of this phase, depend on the level of mechanical stresses indicated above and the implantation conditions for their occurrence in diamond-like single-crystal silicon.

Так известен интенсивный способ формирования гексагональной фазы кремния путем имплантации в изготовленную из алмазоподобного монокристаллического кремния пластину ионов мышьяка, имеющих атомный радиус, превышающий атомный радиус кремния, и образующих в результате указанной имплантации при наличии нагрева пластины ионным пучком в приповерхностном слое алмазоподобного монокристаллического кремния пластины твердый раствор атомов мышьяка, инициирующих возникновение в нем повышенных механических напряжений, создающих энергетические условия преобразования алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в его гексагональную фазу (см. статью на англ. яз. авторов Т. Y. Tan,

Figure 00000002
& S. М. Нu «Оп the diamond-cubic to hexagonal phase transformation in silicon» - Philosophical Magazine A. 1981, v. 44, №1, c. 127-140).Thus, an intensive method is known for forming the hexagonal phase of silicon by implanting arsenic ions having an atomic radius greater than the atomic radius of silicon into a plate made of diamond-like single-crystal silicon and forming a solid solution as a result of this implantation when the plate is heated by an ion beam in the surface layer of diamond-like single-crystal silicon plate arsenic atoms, initiating the appearance in it of increased mechanical stresses, creating energetic the conditions for the transformation of the diamond-like phase of single-crystal silicon into its hexagonal phase (see article in English by the authors T. Y. Tan,
Figure 00000002
& S. M. Nu “Op the diamond-cubic to hexagonal phase transformation in silicon” - Philosophical Magazine A. 1981, v. 44, No. 1, p. 127-140).

В указанном способе имплантация ионов мышьяка производится непосредственно в поверхность пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, вследствие чего в приповерхностном слое пластины эффективность действия зоны механических напряжений, создающих энергетические условия преобразования алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в приповерхностном слое пластины в гексагональную фазу, высокая, но в связи с низкой контролируемостью и воспроизводимостью неустойчивого формирования гексагональной фазы кремния в этом способе из-за слабо контролируемого нагрева пластины ионным пучком при имплантации, нет стабильного возникновения в приповерхностном слое пластины зоны повышенных механических напряжений, создающих энергетические условия преобразования в нем алмазоподобной фазы в гексагональную с высоким уровнем заполняемости указанного приповерхностного слоя гексагональной фазой кремния и, поэтому, снижена эффективность формирования гексагональной фазы кремния, сопровождающегося кроме того появлением в приповерхностном слое пластины, содержащем полученную гексагональную фазу кремния, нежелательных примесных атомов мышьяка.In this method, the implantation of arsenic ions is carried out directly on the surface of a plate made of diamond-like single-crystal silicon, as a result of which, in the surface layer of the plate, the effectiveness of the action of the zone of mechanical stresses creating energy conditions for the transformation of the diamond-like phase of single-crystal silicon in the surface layer of the plate into the hexagonal phase is high, but in due to the low controllability and reproducibility of the unstable formation of the hexagonal fa due to poorly controlled heating of the plate by the ion beam during implantation, there is no stable appearance in the surface layer of the plate of a zone of increased mechanical stresses that create energy conditions for the transformation of a diamond-like phase into a hexagonal phase in it with a high level of occupancy of the specified surface layer with a hexagonal silicon phase and therefore, the formation efficiency of the hexagonal phase of silicon is reduced, which is also accompanied by the appearance in the surface layer of ASTINA containing hexagonal phase resulting silicon unwanted arsenic impurity atoms.

Известен, также менее интенсивный, чем предыдущий способ-аналог, способ формирования гексагональной фазы кремния, выбранный в качестве прототипа заявляемого способа, путем имплантации в пленку оксида кремния, предварительно полученную на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, (в результате термического окисления пластины этой пластины) ионов галлия и азота, образующих в результате этой имплантации в указанной пленке оксида кремния при отжиге пластины включения нитрида галлия, инициирующие возникновение механических напряжений, создающих энергетические условия преобразования алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в подповерхностном слое пластины, граничащем с поверхностным слоем оксида кремния, в его гексагональную фазу (см. статью Королёва Д.С.и др. «Формирование гексагональной фазы кремния 9R при ионной имплантации» - Письма в ЖТФ. 2017, т. 43, в. 16, с. 87-92).Also known is less intensive than the previous analogue method, the method of forming the hexagonal phase of silicon, selected as a prototype of the proposed method, by implanting a silicon oxide film previously obtained on the surface of a plate made of diamond-like single-crystal silicon (as a result of thermal oxidation of the plate this plate) gallium and nitrogen ions, forming as a result of this implantation in the specified film of silicon oxide during annealing of the plate of inclusion of gallium nitride, initiating mechanical stresses that create energy conditions for the transformation of the diamond-like phase of single-crystal silicon in the subsurface layer of the wafer adjacent to the surface layer of silicon oxide into its hexagonal phase (see the article by D. Korolev et al. “Formation of the hexagonal phase of silicon 9R during ion implantation "- Letters to ZhTF. 2017, v. 43, v. 16, p. 87-92).

Основными недостатками способа - прототипа являются технологическое усложнение формирования гексагональной фазы из-за необходимости образования в результате имплантации ионов галлия и азота в слое оксида кремния при отжиге пластины включений нитрида галлия, обеспечивающего формирование в подповерхностном слое пластины гексагональной фазы кремния без появления в указанном подповерхностном слое пластины нежелательных примесных атомов галлия и азота, и связанное с изложенным технологическим усложнением снижение уровня механических напряжений, создающих включениями нитрида галлия, образуемых на втором этапе способа -прототипа (при отжиге) энергетические условия преобразования алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в подповерхностном слое пластины, граничащем с пленкой оксида кремния, в его гексагональную фазу, что приводит, в свою очередь, к снижению стабильности образования гексагональной фазы кремния и снижению заполнения указанного подповерхностного слоя пластины гексагональной фазой кремния, а также к неоднородному заполнению указанной фазой.The main disadvantages of the prototype method are the technological complication of the formation of the hexagonal phase due to the need to form gallium and nitrogen ions as a result of implantation in the silicon oxide layer during annealing of the gallium nitride inclusions plate, which ensures the formation of a hexagonal silicon phase in the subsurface layer of the plate without the appearance of the plate in the subsurface layer unwanted impurity atoms of gallium and nitrogen, and the decrease in the level of mechanically associated with the stated technological complication stresses generated by gallium nitride inclusions formed at the second stage of the prototype method (upon annealing) the energy conditions for the transformation of the diamond-like phase of single-crystal silicon in the subsurface layer of the wafer adjacent to the silicon oxide film into its hexagonal phase, which, in turn, leads to a decrease the stability of the formation of the hexagonal phase of silicon and the decrease in filling of the specified subsurface layer of the plate with the hexagonal phase of silicon, as well as the inhomogeneous filling of the specified phase.

Технический результат от использования предлагаемого способа формирования гексагональной фазы кремния - повышение эффективности формирования указанной фазы за счет повышения технологичности указанного формирования в результате его упрощения (исключения необходимости образования в на втором этапе способа - прототипа (при отжиге) включений нитрида галлия для формирования в подповерхностном слое пластины гексагональной фазы кремния) в условиях образования гексагональной фазы кремния без появления в его слое нежелательных примесных атомов в связи с имплантацией их ионов, обеспеченных имплантацией ионов криптона в пленку оксида кремния, предварительно полученную на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, и повышения при этом заполнения подповерхностного слоя пластины самой фазой при высокой стабильности и однородности указанного заполнения за счет экспериментально обнаруженных предлагаемых режимных параметров имплантации ионов криптона.The technical result from the use of the proposed method for the formation of the hexagonal phase of silicon is to increase the efficiency of the formation of this phase by increasing the manufacturability of the specified formation as a result of its simplification (eliminating the need to form gallium nitride inclusions in the second stage of the method (during annealing) to form in the subsurface layer of the plate hexagonal phase of silicon) under the conditions of formation of the hexagonal phase of silicon without the appearance of undesirable impurity in its layer volumes in connection with the implantation of their ions, ensured by implantation of krypton ions into a silicon oxide film previously obtained on the surface of a wafer made of diamond-like single-crystal silicon, and thereby increasing the filling of the subsurface layer of the wafer with the phase itself at high stability and uniformity of this filling due to experimentally detected proposed operational parameters for the implantation of krypton ions.

Для достижения указанного технического результата в способе формирования фазы гексагонального кремния, включающем получение на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, пленки оксида кремния, имплантацию в нее ионов, имеющих атомный радиус, превышающий атомные радиусы элементов, входящих в состав этой пленки, и вызывающих в указанной пленке и прилегающем к ней подповерхностном слое пластины повышенные механические напряжения, достаточные для преобразования алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в его гексагональную фазу, и постимплантационный отжиг, в упомянутую пленку оксида кремния производят имплантацию ионов криптона, причем толщину получаемой пленки оксида кремния и энергию и дозу ионов криптона выбирают из интервалов величин толщины пленки оксида кремния от 50 до 150 нм, энергии ионов криптона от 40 до 80 кэВ и дозы ионов криптона от 1⋅1016 до 1⋅1017 см-2 при условии обеспечения при этом максимальной концентрации ионов криптона в пленке оксида кремния на глубине, составляющей 40-60% от толщины этой пленки.To achieve the specified technical result in a method of forming a phase of hexagonal silicon, including obtaining on the surface of a plate made of diamond-like single-crystal silicon, a silicon oxide film, implantation of ions having an atomic radius greater than the atomic radii of the elements included in this film and causing in the specified film and the subsurface layer of the plate adjacent to it, increased mechanical stresses sufficient to transform the diamond-like phase of the monocrist of deciduous silicon in its hexagonal phase, and post-implantation annealing, implantation of krypton ions is performed into said silicon oxide film, the thickness of the obtained silicon oxide film and the energy and dose of krypton ions being selected from the intervals of the thickness of the silicon oxide film from 50 to 150 nm, the energy of krypton ions from 40 to 80 keV and doses of krypton ions from 1⋅10 16 to 1⋅10 17 cm -2 provided that the maximum concentration of krypton ions in the silicon oxide film is provided at a depth of 40-60% of the thickness of this film.

В частном случае при толщине полученной методом термического окисления в сухом кислороде при 1100°С пленки оксида кремния 100 нм, энергии ионов криптона 70 кэВ и дозе ионов криптона 5⋅1016 см-2 и обеспечении концентрации ионов криптона 2⋅1022 см-3 в пленке оксида кремния на глубине 50 нм с уменьшением указанной концентрации до 1⋅1021 и 2⋅1021 см-3, соответственно, на глубинах 20 и 80 нм формируют в прилегающем к пленке оксида кремния подповерхностном слое пластины гексагональную фазу кремния в виде заполняющего этот слой пластины более чем на 90% массива гексагональной фазы кремния толщиной 20 нм при высокой однородности заполнения.In the particular case, when the thickness of the silicon oxide film obtained by the method of thermal oxidation in dry oxygen at 1100 ° С is 100 nm, the energy of krypton ions is 70 keV and the dose of krypton ions is 5⋅10 16 cm -2 and the concentration of krypton ions is 2⋅10 22 cm -3 in a silicon oxide film at a depth of 50 nm with a decrease in the indicated concentration to 1⋅10 21 and 2⋅10 21 cm -3 , respectively, at a depth of 20 and 80 nm, a hexagonal silicon phase is formed in the subsurface layer of the plate adjacent to the silicon oxide film in the form of a filling this plate layer is more than 90% array hexagonal phase silicon 20 nm thickness at high fill uniformity.

При этом постимплантационный отжиг пластины проводят при температуре 700-1000°С.In this case, postimplantation annealing of the plate is carried out at a temperature of 700-1000 ° C.

На фиг. 1 представлено электронно-микроскопическое изображение фрагмента граничащего с предварительно полученной на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, тонкой пленкой оксида кремния подповерхностного слоя указанной пластины, подвергнутой имплантации в указанный тонкий слой оксида кремния ионов криптона, с сформированной в указанном подповерхностном слое гексагональной фазой кремния с повышенным и однородным заполнением этой фазой указанного подповерхностного слоя.In FIG. 1 is an electron microscopic image of a fragment adjacent to a previously obtained on the surface of a plate made of diamond-like single-crystal silicon, a thin film of silicon oxide of a subsurface layer of the plate, implanted into the specified thin layer of silicon oxide of krypton ions, with a hexagonal silicon phase formed in the specified subsurface layer with an increased and uniform filling with this phase of the indicated subsurface layer.

Предлагаемый способ формирования гексагональной фазы кремния осуществляют в примере его проведения следующим образом.The proposed method for the formation of the hexagonal phase of silicon is carried out in the example of its implementation as follows.

В зависимости от времени оксидирования методом термического оксидирования на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния КЭФ-4.5 с ориентацией его кубической структуры (100), получают тонкую пленку оксида кремния толщиной от 50 до 150 нм.Depending on the time of oxidation by thermal oxidation on a surface of a plate made of diamond-like single-crystal silicon KEF-4.5 with an orientation of its cubic structure (100), a thin film of silicon oxide with a thickness of 50 to 150 nm is obtained.

Затем в полученную тонкую пленку оксида кремния производят имплантацию ионов криптона, причем толщину получаемой пленки оксида кремния и энергию и дозу ионов криптона выбирают из интервалов величин толщины пленки оксида кремния от 50 до 150 нм, энергии ионов криптона от 40 до 80 кэВ и дозы ионов криптона от 1⋅1016 до 1⋅1017 см-2 при условии обеспечения при этом максимальной концентрации ионов криптона в пленке оксида кремния на глубине, составляющей 40-60% от толщины этой пленки.Then, krypton ions are implanted into the obtained silicon oxide thin film, and the thickness of the obtained silicon oxide film and the energy and dose of krypton ions are selected from the intervals of the thickness of the silicon oxide film from 50 to 150 nm, the energy of krypton ions from 40 to 80 keV and the dose of krypton ions from 1⋅10 16 to 1⋅10 17 cm -2 provided that the maximum concentration of krypton ions in the silicon oxide film is provided at a depth of 40-60% of the thickness of this film.

После чего, для снятия остаточных механических напряжений в подповерхностном слое пластины проводят постимплантационный отжиг пластины в течение 10-40 мин при температуре 600-1000°С.Then, to relieve residual mechanical stresses in the subsurface layer of the plate, postimplantation annealing of the plate is carried out for 10-40 minutes at a temperature of 600-1000 ° C.

Так в примере осуществления предлагаемого способа при толщине пленки оксида кремния 100 нм, энергии ионов криптона 70 кэВ и дозе ионов криптона 5⋅1016 см-2 и обеспечении концентрации ионов криптона 2⋅1022 в пленке оксида кремния на глубине 50 нм с уменьшением указанной концентрации до 1⋅1021 и 2⋅1021 см-3, соответственно, на глубинах 20 и 80 нм формируют в прилегающем к пленке оксида кремния подповерхностном слое пластины гексагональную фазу кремния в виде заполняющего этот слой пластины более чем на 90% массива гексагональной фазы кремния (с высокой однородностью заполнения) толщиной 20 нм с проведением постимплантационного отжига пластины в течение 30 мин при температуре 1000°С (см. фрагмент указанного подповерхностного слоя, заполненного гексагональной фазой кремния, на фиг. 1).So, in an example implementation of the proposed method with a silicon oxide film thickness of 100 nm, an energy of krypton ions of 70 keV and a dose of krypton ions of 5 × 10 16 cm -2 and providing a concentration of krypton ions of 2 × 10 22 in a silicon oxide film at a depth of 50 nm with a decrease in this concentrations up to 1⋅10 21 and 2⋅10 21 cm -3 , respectively, at depths of 20 and 80 nm, in the adjacent subsurface layer of the wafer adjacent to the silicon oxide film, form a hexagonal silicon phase in the form of a wafer filling this layer with more than 90% of the array of the hexagonal phase silicon (high uniformity of filling) 20 nm thick with postimplantation annealing of the plate for 30 min at a temperature of 1000 ° C (see a fragment of the specified subsurface layer filled with a hexagonal silicon phase, in Fig. 1).

Отклонение режимных имплантационных параметров от предложенных интервальных величин приводит к уменьшению заполнения подповерхностного слоя пластины гексагональной фазой кремния на 10-15%.Deviation of operational implantation parameters from the proposed interval values reduces the filling of the subsurface layer of the wafer with the hexagonal silicon phase by 10-15%.

Формирование гексагональной фазы в граничащем с поверхностным слоем оксида кремния подповерхностном слое пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, методом имплантации в соответствии со способом -прототипом, рассмотренным выше, характеризуется пониженным уровнем заполнения гексагональной фазой кремния в виде массива гексагональной фазы кремния, заполняющего указанный подповерхностный слой пластины в меньшей степени, чем при осуществлении предлагаемого способа формирования гексагональной фазы, а именно - указанный слой толщиной 20 нм не более чем на 40% (см. в указанной выше статье Королева Д.С. и др. электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения термически окисленного кремния, облученного ионами азота и галлия после отжига при 800°С).The formation of the hexagonal phase in the subsurface layer of a wafer made of diamond-like single-crystal silicon adjacent to the surface layer of silicon oxide, the implantation method in accordance with the prototype method described above is characterized by a reduced level of filling the hexagonal phase of silicon in the form of an array of the hexagonal phase of silicon filling the specified subsurface layer plates to a lesser extent than in the implementation of the proposed method for the formation of the hexagonal phase, and they the specified - specified layer with a thickness of 20 nm is not more than 40% (see the above article by D. Korolev et al. electron microscopic image of the cross section of thermally oxidized silicon irradiated with nitrogen and gallium ions after annealing at 800 ° C) .

Для имплантации ионов азота и галлия использовалась установка ИЛУ-200.For implantation of nitrogen and gallium ions, the ILU-200 device was used.

Распределение концентрации ионов криптона по толщине пленки оксида кремния оценивалось при помощи рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии.The distribution of the concentration of krypton ions over the thickness of the silicon oxide film was estimated using x-ray energy dispersive spectroscopy.

Формирование гексагональной фазы кремния подтверждено при помощи Фурье-преобразования изображений, полученных методом высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии.The formation of the hexagonal phase of silicon is confirmed by the Fourier transform of images obtained by high-resolution transmission electron microscopy.

Заполняемость гексагональной фазой кремния оценивалась по относительной площади включений гексагональной фазы на снимках с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100F (JEOL, Япония).Occupancy by the hexagonal phase of silicon was estimated by the relative area of inclusions of the hexagonal phase in the images using a JEM-2100F transmission electron microscope (JEOL, Japan).

Предлагаемый способ формирования гексагональной фазы кремния обеспечивает возникновение в граничащем с тонкой пленкой оксида кремния подповерхностном слое пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, зоны повышенных механических напряжений, вызываемых имплантацией ионов криптона в указанную пленку оксида кремния и образование под ним слоя гексагональной фазы кремния в широком интервале его востребованных толщин (например, от 10 до 100 нм) с высоким и однородным заполнением этого подповерхностного слоя гексагональной фазой кремния (так при толщине получаемого слоя гексагональной фазы кремния от 40 до 80 нм в пределах заявляемых интервалов режимных параметров имплантации ионов криптона заполняемость стабильно достигает 90%).The proposed method for the formation of the hexagonal phase of silicon provides the appearance in the subsurface layer of a plate made of diamond-like single-crystal silicon adjacent to a thin film of silicon oxide, a zone of increased mechanical stress caused by implantation of krypton ions into the specified film of silicon oxide and the formation of a layer of a hexagonal silicon phase under it in a wide range its popular thicknesses (for example, from 10 to 100 nm) with a high and uniform filling of this subsurface layer sagonalnoy silicon phase (the so obtained with a thickness of the hexagonal phase of the layer of silicon 40 to 80 nm within the claimed ranges mode parameters krypton ion implantation occupancy stably reaches 90%).

Claims (3)

1. Способ формирования фазы гексагонального кремния, включающий получение на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, пленки оксида кремния, имплантацию в нее ионов, имеющих атомный радиус, превышающий атомные радиусы элементов, входящих в состав этой пленки, и вызывающих в указанной пленке и прилегающем к ней подповерхностном слое пластины повышенные механические напряжения, достаточные для преобразования алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в его гексагональную фазу, и постимплантационный отжиг, отличающийся тем, что в упомянутую пленку оксида кремния производят имплантацию ионов криптона, причем толщину получаемой пленки оксида кремния и энергию и дозу ионов криптона выбирают из интервалов величин толщины пленки оксида кремния от 50 до 150 нм, энергии ионов криптона от 40 до 80 кэВ и дозы ионов криптона от 1⋅1016 до 1⋅1017 см-2 при условии обеспечения при этом максимальной концентрации ионов криптона в пленке оксида кремния на глубине, составляющей 40-60% от толщины этой пленки.1. A method of forming a phase of hexagonal silicon, including obtaining on the surface of a plate made of diamond-like single-crystal silicon, a silicon oxide film, implanting ions having an atomic radius greater than the atomic radii of the elements that make up this film and causing it in the specified film and the adjacent subsurface layer of the plate has increased mechanical stresses sufficient to convert the diamond-like phase of single-crystal silicon into its hexagonal phase, and post implantation annealing, characterized in that krypton ions are implanted into the said silicon oxide film, the thickness of the obtained silicon oxide film and the energy and dose of krypton ions being selected from the intervals of the thickness of the silicon oxide film from 50 to 150 nm, the energy of krypton ions from 40 to 80 keV and doses of krypton ions from 1⋅10 16 to 1⋅10 17 cm -2 provided that the maximum concentration of krypton ions in the silicon oxide film is provided at a depth of 40-60% of the thickness of this film. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при толщине полученной методом термического окисления в сухом кислороде при 1100°С пленки оксида кремния 100 нм, энергии ионов криптона 70 кэВ и дозе ионов криптона 5⋅1016 см-2 и обеспечении концентрации ионов криптона 2⋅1022 см-3 в пленке оксида кремния на глубине 50 нм с уменьшением указанной концентрации до 1⋅1021 и 2⋅1021 см-3, соответственно, на глубинах 20 и 80 нм формируют в прилегающем к пленке оксида кремния подповерхностном слое пластины гексагональную фазу кремния в виде заполняющего этот слой пластины более чем на 90% массива гексагональной фазы кремния толщиной 20 нм при высокой однородности заполнения.2. The method according to p. 1, characterized in that when the thickness obtained by thermal oxidation in dry oxygen at 1100 ° C of a film of silicon oxide 100 nm, the energy of krypton ions 70 keV and the dose of krypton ions 5тона10 16 cm -2 and providing a concentration krypton ions 2⋅10 22 cm -3 in a silicon oxide film at a depth of 50 nm with a decrease in the indicated concentration to 1⋅10 21 and 2⋅10 21 cm -3 , respectively, at a depth of 20 and 80 nm are formed in the adjacent silicon oxide film the subsurface layer of the plate, the hexagonal phase of silicon in the form of a plate b filling this layer Lee than 90% solid hexagonal phase silicon 20 nm thickness at high fill uniformity. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что постимплантационный отжиг пластины проводят в течение 10-40 мин при температуре 600-1000°С.3. The method according to p. 1, characterized in that the post-implantation annealing of the plate is carried out for 10-40 minutes at a temperature of 600-1000 ° C.
RU2019110185A 2019-04-05 2019-04-05 Method of forming hexagonal silicon phase by implanting krypton ions in a film of silicon oxide on a monocrystalline silicon wafer RU2710479C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110185A RU2710479C1 (en) 2019-04-05 2019-04-05 Method of forming hexagonal silicon phase by implanting krypton ions in a film of silicon oxide on a monocrystalline silicon wafer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110185A RU2710479C1 (en) 2019-04-05 2019-04-05 Method of forming hexagonal silicon phase by implanting krypton ions in a film of silicon oxide on a monocrystalline silicon wafer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710479C1 true RU2710479C1 (en) 2019-12-26

Family

ID=69023078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019110185A RU2710479C1 (en) 2019-04-05 2019-04-05 Method of forming hexagonal silicon phase by implanting krypton ions in a film of silicon oxide on a monocrystalline silicon wafer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710479C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19646927A1 (en) * 1995-11-13 1997-05-15 Hyundai Electronics Ind Semiconductor planar junction manufacturing method for transistor in e.g. 1 Giga DRAM
US8679957B2 (en) * 2012-03-02 2014-03-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19646927A1 (en) * 1995-11-13 1997-05-15 Hyundai Electronics Ind Semiconductor planar junction manufacturing method for transistor in e.g. 1 Giga DRAM
US8679957B2 (en) * 2012-03-02 2014-03-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Королев Д.С. и др. Формирование гексагональной фазы кремния 9R при ионной имплантации. Письма в ЖТФ. 2017, т. 43, в.16, стр. 87-92. *
Королев Д.С. и др. Формирование гексагональной фазы кремния 9R при ионной имплантации. Письма в ЖТФ. 2017, т. 43, в.16, стр. 87-92. Королев Д.С. и др. Формирование гексагональной фазы кремния при ионном облучении. 12-я Международная конференция, Взаимодействие облучений с твердым телом. Минск, Беларусь, 19-22 сентября 2017. *
Королев Д.С. и др. Формирование гексагональной фазы кремния при ионном облучении. 12-я Международная конференция, Взаимодействие облучений с твердым телом. Минск, Беларусь, 19-22 сентября 2017. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6019106B2 (en) Method for forming a crack in a material
RU2710479C1 (en) Method of forming hexagonal silicon phase by implanting krypton ions in a film of silicon oxide on a monocrystalline silicon wafer
JP2008244435A (en) Method and structure using selected implant angle using linear accelerator process for manufacture of free-standing film of material
RU2687087C1 (en) Method for formation of hexagonal phase of silicon
KR100571722B1 (en) Method of rapid thermal processing rtp of ion implanted silicon
Titov et al. The formation of radiation damage in GaN during successive bombardment by light ions of various energies
Sharkeev et al. Dislocation structure in coarse-grained copper after ion implantation
TW201036112A (en) Methods and apparatus for producing semiconductor on insulator structures using directed exfoliation
Tereshchenko et al. The Effects of Aluminum Gettering and Thermal Treatments on the Light‐Emitting Properties of Dislocation Structures in Self‐Implanted Silicon Subjected to Boron Ion Doping
Mikhaylov et al. Effect of ion doping on the dislocation-related photoluminescence in Si+-implanted silicon
Liefting et al. Avoiding Dislocation Formation for B, P, and As Implants in Silicon
Mea et al. Interaction Between B Atoms and Defects Produced by hg Bombardement in Silicon
Kucheyev et al. Surface disordering and nitrogen loss in GaN under ion bombardment
TW486750B (en) Methods for forming ultrashallow junctions in semiconductor wafers using low energy nitrogen implantation
JP7416270B2 (en) Epitaxial silicon wafer and its manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method
JPS5992997A (en) Method for forming thin film using molecular beam epitaxial growth method
DE1614854A1 (en) Process for generating transitions in semiconductors
Culbertson et al. Radiation damage and the capture of Si interstitials by dopant atoms during implantation
Linnarsson et al. Boron diffusion in intrinsic, n-type and p-type 4H-SiC
Razali Phosphorus activation and diffusion in germanium
Heera et al. Amortization and Recrystallization of 6H-SiC by ion Beam Irradiation
Groves et al. Focused ion beam directed self-assembly (Cu2O on SrTiO3): FIB pit and Cu2O nanodot evolution
Chu et al. The point defect engineering approaches for ultra-shallow boron junction formation in silicon
Tyschenko et al. Study of photoluminescence of SiO x N y films implanted with Ge+ ions and annealed under the conditions of hydrostatic pressure
Vdovin et al. Structural defects and photoluminescence in dislocation-rich erbium-doped silicon

Legal Events

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

Effective date: 20210406

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20211216