Способ изготовления гетероструктуры

Использование: в полупроводниковой технике для интеграции электронных материалов в полупроводниковой, электронной, сверхпроводниковой, оптической и электротехнической технологиях. Сущность изобретения: в способе изготовления гетероструктуры в рабочую пластину осуществляют введение водорода, проводят химическую обработку рабочей пластины, рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину с переносом пленки в гетероструктуру. Перед введением водорода в рабочей пластине формируют скрытую границу раздела, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, или формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, также выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, после химической обработки рабочей пластины /и подложки/ проводят последовательно сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины /и подложки/ и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины и подложки и расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру при температуре, при которой водород, введенный в рабочую пластину, остается внутри ее объема, собираясь на скрытой границе раздела или скрытой границе раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, причем глубина введения водорода в рабочую пластину больше или того же порядка, что и глубина залегания скрытой границы раздела или скрытой границы раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси. Техническим результатом изобретения является улучшение морфологии перенесенной пленки в гетероструктуру, а именно возможность изготовления однородных по толщине кристаллических пленок толщиной 10-300 нм на аморфном изоляторе, полупроводниковом материале и других подложках, в том числе и гибких, при шероховатости поверхности пленки порядка 0,2-0,5 нм. 22 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для интеграции электронных материалов в полупроводниковой, электронной, сверхпроводниковой, оптической и электротехнической технологиях, для создания современных материалов микроэлектроники, гетероструктур с кристаллическим слоем типа металл-металл, металл-полупроводник, полупроводник-полупроводник, полупроводник-металл, полупроводник-изолятор вне зависимости от структуры подложки, в частности структур кремний-на-изоляторе (КНИ) или полупроводник-на-кремнии (ПНК), для производства многофункциональных устройств микросистемной техники, устройств на основе сверхпроводящих материалов, спиновых транзисторов, современных сверхбольших интегральных схем (СБИС), систем на чипе и других изделий спинотроники, опто- и микроэлектроники.

Известен способ изготовления гетероструктуры (Q. - Y. Tong, R.Sholz, U.Gosele, T. - H. Lee, L. - J. Huang, Y. - L. Chao, T.Y.Tan, Appl. Phys. Lett., 72, N1, 1998, р.49-51), заключающийся в том, что в рабочую пластину осуществляют введение водорода, проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки, рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину с переносом пленки в гетероструктуру, после чего отжигают. В качестве рабочей пластины и подложки используют пластины кремния. Введение водорода осуществляют имплантацией ионов водорода . При этом перед имплантацией ионов водорода в пластину кремния имплантируют ионы B⁺ при комнатной температуре дозой 5×10¹²5×10¹⁵ см^-2 с энергией 180 кэВ. Последующую имплантацию ионов водорода проводят дозой 5×10¹⁶ см^-2 с энергией 129 кэВ. Удаляют приповерхностный нарушенный слой с перенесенной пленки в гетероструктуру прецизионной полировкой.

Основным недостатком известного способа является неудовлетворительная морфология перенесенной пленки в гетероструктуру, обусловленная уширенным профилем распределения примеси бора в кремнии. Данный способ изготовления гетероструктуры на этапе переноса в гетероструктуру пленки позволяет лишь ускорить процесс расслоения. Получение же ультратонких, однородных по толщине пленок с гладкими поверхностями данным способом затруднительно.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и назначению к заявляемому является способ изготовления гетероструктуры (патент РФ №2164719, МПК: Н 01 L 21/324), заключающийся в том, что в рабочую пластину осуществляют введение водорода, проводят химическую обработку рабочей пластины, рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину с переносом пленки в гетероструктуру, перед соединением рабочей пластины и подложки проводят также химическую обработку подложки, после расслоения проводят отжиг изготовленной гетероструктуры. Сращивание рабочей пластины и подложки проводят при 150-250°С в течение 1-2 часов, расслоение рабочей пластины проводят при 350-450°С в течение 0,5-2 часов, а отжиг - при 1100°С в течение 0,5-1 часа. В качестве рабочей пластины и подложки используют пластины из кремния. На пластине кремния, образующей подложку, перед химической обработкой выращивают термический окисел кремния толщиной от 0,2 до 0,5 мкм. Введение водорода осуществляют ионной имплантацией ионов водорода через предварительно выращенный тонкий слой окисла кремния дозой (2,55)×10¹⁶ см^-2, который после имплантации убирают. Приповерхностный нарушенный слой с перенесенной пленки в гетероструктуру удаляют полировкой или окислением с последующим травлением.

Недостатками данного известного способа является, во-первых, применение термических обработок соединенных пластин при температурах 350°С и выше сопровождается выходом водорода из связанного состояния и формированием

водородосодержащих пузырей, распределенных в рабочей пластине по всей подвергшейся имплантации области, что при расслоении рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру приводит к неоднородному по толщине переносу по всей площади пластины и формированию шероховатостей по поверхности, во-вторых, необходимость в финишной полировке приводит также к возникновению вариации ее толщины из-за локальных прогибов и разнотолщинности подложки.

Техническим результатом изобретения является улучшение морфологии перенесенной пленки в гетероструктуру, а именно возможность изготовления однородных по толщине кристаллических пленок толщиной 10-300 нм на аморфном изоляторе, полупроводниковом материале и других подложках, в том числе и гибких, при шероховатости поверхности пленки порядка 0,2-0,5 нм.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления гетероструктуры, заключающемся в том, что в рабочую пластину осуществляют введение водорода, проводят химическую обработку рабочей пластины, рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину с переносом пленки в гетероструктуру, перед введением водорода в рабочей пластине формируют скрытую границу раздела, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, или формируют скрытую границу раздела с дельта-легированньм слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, также выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, после химической обработки рабочей пластины /и подложки/ проводят последовательно сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины /и подложки/ и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины и подложки и расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру при температуре, при которой водород, введенный в рабочую пластину, остается внутри ее объема, собираясь на скрытой границе раздела или скрытой границе раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, причем глубина введения водорода в рабочую пластину больше или того же порядка, что и глубина залегания скрытой границы раздела или скрытой границы раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси.

В способе в качестве рабочей пластины используют пластину кремния, являющуюся основой рабочей пластины, покрытую слоем/слоями кристаллического материала.

В способе в качестве кристаллического материала используют монокристаллический, или поликристаллический, или текстурированный материал.

В способе в качестве монокристаллического, или поликристаллического, или текстурированного материала используют кремний.

В способе в качестве монокристаллического, или поликристаллического, или текстурированного материала используют нитрид галлия.

В способе в качестве монокристаллического, или поликристаллического, или текстурированного материала используют ниобий.

В способе поверхность рабочей пластины покрывают тонким слоем окисла кремния, через который вводят водород и который после введения водорода удаляют.

В способе в качестве подложки используют пластину из жесткого материала.

В способе в качестве подложки используют пластину, покрытую слоем или слоями материала, отличного по своим свойствам от материала пластины, используемой в качестве подложки.

В способе в качестве подложки используют пластину из полупроводника.

В способе в качестве подложки используют пластину из кремния.

В способе в качестве подложки используют пластину из кремния, покрытую слоем окисла кремния.

В способе в качестве подложки используют кварцевую пластину.

В способе в качестве подложки используют пластину из гибкого материала.

В способе в качестве подложки используют пластину из полиимида.

В способе в качестве примеси используют бор или углерод со слоевой концентрацией атомов (614)×10¹⁴ см^-2 при переносе в гетерострутуру слоя кремния.

В способе в качестве примеси используют бериллий со слоевой концентрацией атомов 6×10¹⁴ см^-2 при переносе в гетероструктуру слоя нитрида галлия.

В способе в качестве примеси используют бор со слоевой концентрацией атомов 9×l0¹⁴ cм^-2 при переносе в гетероструктуру слоя ниобия.

В способе введение водорода в рабочую пластину осуществляют имплантацией ионов Н⁺ или дозой (1,515)×10¹⁶ cм^-2 и энергией 5÷200 кэВ или осуществляют введение водорода из водородной плазмы.

В способе после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 300-1100°С в течение 0,5-10 часов.

В способе после химической обработки проводят сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины /и подложки/ и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины и подложки и расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру в одну стадию в вакууме (10¹-10⁴ Па) или на воздухе, при температуре от 80 до 350°С, длительностью от 0,1 до 100 часов или после химической обработки проводят сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины /и подложки/ и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины и подложки в одну стадию в вакууме (10¹-10⁴ Па) или на воздухе, при температуре от 80 до 350°С, длительностью от 0,1 до 100 часов, а расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят механически.

В способе формируют скрытую границу раздела тем, что на поверхности основы рабочей пластины выращивают эпитаксиальный слой кремния.

В способе формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, таким образом, что сначала на поверхности основы рабочей пластины эпитаксией выращивают буферный слой, затем дельта-легированный слой примеси или тонкий слой в виде соединений примеси, затем капсулирующий слой / и слой материала, переносимый совместно с капсулирующим слоем в качестве пленки в гетероструктуру.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. Фиг.1 - схема изготовления гетероструктур для случая, когда скрытая граница раздела или скрытая граница раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси находится на глубине, совпадающей с глубиной залегания имплантированного водородосодержащего слоя, где 1 - дельта-легированный слой примеси в рабочей пластине, 2 - область рабочей пластины, содержащая имплантированный водород, 3 - основа рабочей пластины, 4 - слой окисла кремния в подложке, 5 - подложка, 6 - перенесенная пленка в гетероструктуру; Фиг.2 - схема изготовления гетероструктур для случая, когда скрытая граница раздела или скрытая граница раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси находится на глубине меньшей, чем глубина залегания имплантированного водородом слоя, где 1 - дельта-легированный слой примеси в рабочей пластине, 2 - область рабочей пластины, содержащая имплантированный водород, 3 - основа рабочей пластины, 5 - подложка, 6 - перенесенная пленка в гетероструктуру; Фиг.3 - изображение поверхности пленки, перенесенной в гетероструктуру предлагаемым способом, полученное атомно-силовой микроскопией (АСМ); Фиг.4 - изображение поверхности пленки, перенесенной в гетероструктуру известным способом, полученное АСМ.

Предлагаемый способ базируется на следующих фактах. Во-первых, при термообработках в интервале температур 150-350°С, в зависимости от используемого материала в качестве примеси, происходит образование молекул ВН₂, СН₄, Н₂, которые накапливаются в плоскости, являющейся скрытой границей раздела эпитаксиального слоя и основы рабочей пластины, на которой данный слой выращен, формируя микропузыри с высоким давлением, приводя к скалыванию вдоль скрытой границы раздела, содержащей атомы примеси, например примеси бора или углерода в виде дельта-легированного слоя; с другой стороны, дефекты или примеси В и С на скрытой границе эпитаксиального слоя и поверхности основы рабочей пластины, образующиеся в результате дельта-легирования, и/или частичного сохранения поверхностной сверхструктуры, и/или наличия адсорбционного слоя, способны образовывать связи с водородом или каталитически формировать молекулы H₂, что также снижает механическую прочность в плоскости скрытой границы раздела, даже если температура термообработки, используемой в процессе создания гетероструктуры, меньше вышеуказанной. Во-вторых, относительно низкие температуры термообработок и высокие локальные концентрации продуктов реакций из-за их низкой диффузионной подвижности способствуют формированию микротрещин, расположенных преимущественно копланарно вблизи интерфейса (скрытой границы раздела) эпитаксиального слоя и основы рабочей пластины, на которой данный слой выращен. При расслоении по копланарным микротрещинам формируется практически атомарно гладкая поверхность на перенесенной в гетероструктуру пленке.

Рассмотрим более детально физические основы предлагаемого способа. При изготовлении гетероструктуры, получаемой соединением разнородных пластин, одна из которых содержит тонкий эпитаксиальный, например гомоэпитаксиальный, кристаллический слой, и утонения одной из них, используют способность захвата атомарного (Н) и молекулярного (H₂) водорода на скрытую границу раздела эпитаксиального слоя и поверхности основы рабочей пластины, на которой выращен данный эпитаксиальный слой, и/или на атомы бора (В) или углерода (С), локализованные в пределах одного или нескольких атомарных слоев на скрытой границе раздела,

выращенных с помощью молекулярно-лучевой, или газофазной, или жидкостной эпитаксии. Такими атомарными слоями могут быть дельта-легированные слои бора или углерода в полупроводниках IV группы (С, Si, SiC, Ge), тонкие слои в виде соединений бора и углерода в металлах (Be, Fe, Сu, Ni, Ti, Nb, V, Zr, Pt, Au, Pd и др.) и их сплавах, или в полупроводниках А₃В₅ (в части последних вместо Ga возможно использование Be), или в диэлектриках (c-cut Аl₂O₃, LаАlO₃, LiNbO₃) и других оксидах или нитридах металлов, например с титаном - A_y(M_xTi_1-x)_1-yO₃, где А и М - металлы, или с алюминием - AlN (Q. - Y. Tong. Integration of materials and device research enabled by wafer bonding and layer transfer. Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 681 E, 2001 Materials Research Society). Захват на атомы бора или углерода атомов водорода (либо другой вышеперечисленной примеси), введенного в рабочую пластину каким-либо методом, с помощью адсорбции, либо диффузии, либо дрейфа и насыщения в электрическом поле при электролизе, либо как в предлагаемом способе путем ионной имплантации или из плазмы и/или освобождения из связанного состояния в объеме рабочей пластины энергетическим воздействием (светом, излучением, теплом), приводит к образованию, соответственно, В-Н или С-Н связей, которые существенно снижают механическую и термическую прочность интерфейсного слоя.

Для реализации предлагаемого способа необходимо решение трех основных задач: 1) получить существенное пересыщение по введенному водороду вблизи скрытой границы раздела; 2) обеспечить внешние (сращиваемые) высокосовершенные поверхности; 3) создать внутренние гидрофобные поверхности в соседних атомных плоскостях на скрытой границе раздела.

Параметрами, определяющими величину поверхностной энергии в каждом случае, являются: концентрация дефектов и/или примеси, активно взаимодействующей с водородом (Be, С, В, Аl, Ga), температура и высокое структурное качество поверхностей. Одним из важных требований, необходимых для обеспечения 100% энергии соединения рабочей пластины и подложки, является предельно возможная атомарная гладкость и чистота их сращиваемых поверхностей.

Для достижения требуемой чистоты, например, для кремния и его оксидов используют стандартную в кремниевой технологии RCA-очистку, то есть обработку в перекисно-аммиачном растворе, снятие естественного окисла в растворе плавиковой кислоты и обработку в перекисно-кислотном растворе с промыванием обрабатываемых рабочей пластины и подложки после каждой операции химической обработки в ультрачистой деионизованной воде. Перед сращиванием рабочей пластины и подложки поверхности подвергались гидрофилизации обработкой в перекисно-аммиачных растворах разного соотношения (RCA-1, RCA-2) и имели в результате контактный угол смачивания, как для кремния, так и для окисла кремния от 0 до 10°. После гидрофилизации с целью сушки и удаления избыточных физически адсорбированных веществ с поверхности рабочую пластину /и подложку/ помещали в центрифугу и нагревали до температур 80-300°С на воздухе либо в низковакуумной камере, после чего их соединяли в пары.

Для получения большой концентрации активной примеси на скрытой границе раздела в рабочей пластине выращивают молекулярно-лучевой или газофазной эпитаксией тонкие слои сильно легированные примесью, например, 0,5-4 монослоя с концентрацией (430)×10¹⁴ см^-2 атомов бора или углерода, после чего проводят облучение водородом рабочей пластины дозой 1×10¹⁶2×10¹⁷ см^-2 в зависимости от энергии ионов либо вводят водород в рабочую пластину из плазмы.

Внутренние гидрофобные поверхности в соседних атомных плоскостях, параллельных поверхности рабочей пластины, формируют на скрытой границе раздела, то есть на поверхности основы рабочей пластины, граничащей с эпитаксиальным слоем, в области рабочей пластины, содержащей имплантированный водород (Фиг.1 и Фиг.2). Формирование таких поверхностей, например в случае с кремнием, имеет место в результате образования в приграничном слое Si-H-H-Si связей за счет захвата водорода на растянутые и ослабленные Si-Si связи, соответствовавшие исходной (до эпитаксии) реконструкции поверхности основы рабочей пластины. Для формирования на глубине порядка среднего проективного пробега ионов R_p двух гидрофобных (100) плоскостей со 100% покрытием Si-H-H-Si связями необходимо обеспечить дозу ионов H⁺ (с энергией 20-200 кэВ) 3×10¹⁷ cм^-2 и выше. Однако уже при дозах имплантации порядка 2,5×10¹⁵ см^-2 (для ионов с энергией 20 кэВ) на скрытой границе раздела начинают образовываться микротрещины благодаря присутствию дефектов и примесей (В, С) на этой границе. Их присутствие также обуславливает ослабление Si-Si связей в области, содержащей имплантированный водород, причем этот процесс характеризуется тем, что энергии связи близки к поверхностным энергиям связей Si-H-H-Si гидрофобных плоскостей. Поэтому реально для создания двух смежных внутренних гидрофобных плоскостей не требуется 100% покрытия внутренних (100) плоскостей Si-H-H-Si связями. Исходя из этих представлений используемые дозы ионов водорода составляли от 2×10¹⁶ до 1×10¹⁷ cм^-2 для ионов с энергией 5-200 кэВ, соответственно. С ростом концентрации примесей эта доза может быть еще снижена. Например, если в рабочей пластине на глубине 130 нм сформированы молекулярно-лучевой эпитаксией слои сильнолегированные бором, содержащие от 0,5 до 4 монослоя при концентрации атомов бора (430)×10¹⁴ см^-2, то величина дозы имплантации составляет 1×10¹⁶2×10¹⁶ см^-2 при энергии 10 кэВ. Также с достижением этого же результата введение водорода в рабочую пластину можно осуществлять из водородной плазмы. Для этого могут использоваться стандартные промышленные установки плазменного травления и осаждения. При этом глубина проникновения водорода и его концентрация определяются временем выдержки рабочей пластины, давлением при котором через рабочую камеру продувают молекулярный водород (10-100 Па).

Базируясь на вышеизложенных физических представлениях, достижение технического результата в способе изготовления гетероструктуры возможно путем реализации следующих стадий.

1. В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, или формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, также выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру. В качестве рабочей пластины используют пластину кремния, являющуюся основой рабочей пластины, покрытую слоем/слоями кристаллического материала, который является монокристаллом, либо поликристаллом, либо текстурированным материалом. Формирование скрытой границы раздела, выделяющей в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, осуществляют тем, что на поверхности основы рабочей пластины из кремния, выращивают эпитаксиальный слой кремния (в частности, молекулярно-лучевой эпитаксией), который и является переносимьм в качестве пленки в гетероструктуру. Формирование скрытой границы раздела с дельта-легированным слоем примеси, также выделяющей в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, осуществляют тем, что на поверхности основы рабочей пластины из кремния выращивают эпитаксиально буферный слой кремния, затем тонкий слой примеси, бора или углерода, после чего слой кремния, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру. Формирование скрытой границы раздела с тонким слоем в виде соединений примеси, также выделяющей в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, осуществляют тем, что на поверхности основы рабочей пластины из кремния, выращивают эпитаксиально буферный слой нитрида галлия или ниобия, затем тонкий слой примеси бериллия или бора, соответственно, после чего слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, нитрида галлия или ниобия, соответственно. Поверхность рабочей пластины покрывают тонким слоем окисла кремния, через который вводят водород, и который после введения водорода удаляют.

2. Посредством ионной имплантации или из водородной плазмы осуществляют введение водорода в рабочую пластину. Причем глубина введения водорода в рабочую пластину того же порядка (±300 нм), что и глубина залегания скрытой границы раздела или скрытой границы раздела с дельта-легированным слоем или тонким слоем в виде соединений примеси, либо больше. Величина энергии имплантируемых ионов составляет 5-200 кэВ в зависимости от толщины слоя, преносимого в качестве пленки в гетероструктуру. Дозы, необходимые для расслоения рабочей пластины и переноса пленки в гетероструктуру, составляют (1,515)×10¹⁶ см^-2. При введении водорода в рабочую пластину из плазмы давление в рабочей камере, через которую продувают молекулярный водород, поддерживают 10-100 Па, а время выдержки рабочей пластины составляет от 0,5 до 5 часов при температуре от 150 до 250°С.

3. После введения водорода в рабочую пластину проводят химическую обработку. Если в последующем рабочую пластину и подложку сращивают непосредственно, то есть прямым соединением (бондинг - bonding), то проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. В этом случае проводят очистку и гидрофилизацию их поверхностей, например для рабочей пластины кремния или рабочей пластины с поверхностью покрытой тонким слоем окисла кремния и подложки, в качестве которой используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния, или пластину кварца, в растворах RCA-1, RCA-2 и промывкой в деионизованной воде, для получения гидрофобных поверхностей осуществляют дополнительную заключительную выдержку в растворе плавиковой кислоты. Если в последующем рабочую пластину и подложку сращивают посредством промежуточного адгезионного слоя, то есть “склейкой”, то проводят химическую обработку рабочей пластины таким же образом, как и в случае бондинга.

4. После химической обработки проводят последовательно сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины /и подложки/ и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины /и подложки/ и расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру в одну стадию при температуре, при которой водород, введенный в рабочую пластину, остается внутри ее объема, собираясь на скрытой границе раздела, или скрытой границе раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси. Данную стадию, представляющую собой последовательность операций, проводят на воздухе или в вакууме (10¹-10⁴ Па), при температуре от 80 до 350°С длительностью от 100 до 0,1 часов, соответственно. Операцию расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру выполняют в этой же стадии либо после сращивания рабочей пластины и подложки проводят механически. В случае бондинга проводят сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины и подложки. В случае, когда рабочую пластину и подложку сращивают посредством промежуточного адгезионного слоя, проводят последовательно сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины и нанесение адгезионного слоя на сращиваемые поверхности рабочей пластины и подложки. В качестве подложки используют как пластину из жесткого материала, например, полупроводника, в частности кремния, покрытую слоем окисла кремния, либо кварцевую пластину, так и пластину из гибкого материала, например, полиимида.

5. Завершающий отжиг гетероструктуры при 300-1150°С в течение 0,5-10 часов, соответственно, выполняют для увеличения силы сращивания между перенесенным слоем в гетероструктуру и подложкой до величин, равных энергии разрыва объемного материала, а также для удаления из перенесенного слоя в гетероструктуру остаточных радиационных дефектов и водорода. Причем меньшей температуре отжига соответствует большее время и наоборот. В некоторых случаях, когда отжиг проводят при минимальных значениях указанного температурного интервала, возможно совмещение данной стадии с предыдущей.

Таким образом, основное отличие предлагаемого способа изготовления гетероструктур методом водородно-индуцированного переноса заключается в том, что водородно-индуцированное скалывание (расслоение) осуществляют вдоль скрытой границы раздела эпитаксиального слоя и основы рабочей пластины, которая обогащена примесями и/или дефектами, активно взаимодействующими с введенным водородом, что позволяет уменьшить толщину переносимого кристаллического слоя и обеспечивает уменьшение шероховатости поверхности гетероструктуры.

В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления предлагаемого способа, приводим нижеследующие примеры.

Пример 1.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией выращивают слой кремния толщиной 260 нм (Фиг.1).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 40 кэВ и дозой 2,5×l0¹⁶ cм^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, характеризуется =290 нм - проективным пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=260 нм (Фиг.1).

В качестве подложки используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния толщиной 0,1 мкм (Фиг.1).

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие естественного окисла в растворе плавиковой кислоты, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂O=1:1:5-1:2:7 и HCl:H₂O₂:H₂O=1:1:6-1:2:8 (RСА-1 и RCA-2, соответственно). После каждой операции химической обработки следует промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности в вакууме (10 Па) при температуре 250°С в течение 60 с, затем их соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе раздела при температуре 350°С в течение 30 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 0,26 мкм Si / 0,1 мкм SiO₂ / Si со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя 0,4 нм, тогда как при переносе слоя из объемного кремния, эта величина составляет порядка 10 нм (Фиг.4).

Пример 2.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 6×10¹⁴ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой кремния толщиной 240 нм, переносимый совместно с капсулирующим в качестве пленки в гетероструктуру (Фиг.2).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 40 кэВ и дозой 2,5×l0^l6 cм^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, характеризуется =290 нм - проективным пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=260 нм (Фиг.2).

В качестве подложки используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния толщиной 0,5 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие естественного окисла в растворе плавиковой кислоты, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂O=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2, соответственно). После каждой операции химической обработки следует промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности в вакууме (200 Па) при температуре 250°С в течение 60 с, затем их соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе раздела со слоем примеси бора при температуре 250°С в течение 30 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 0,25 мкм Si / 0,5 мкм SiO₂ / Si со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя 0,2 нм (Фиг.3), тогда как при переносе слоя из объемного кремния эта величина составляет порядка 10 нм (Фиг.4).

Пример 3.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 10 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 15×10¹⁴ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру затем увеличивают температуру до 700°С и газофазной эпитаксией выращивают тонкий слой окисла кремния толщиной 40 нм, который после введения водорода удаляют (Фиг.1).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода Н⁺ с энергией 10 кэВ и дозой 2,5×10¹⁶ см^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, характеризуется =10 нм - проективным пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=9 нм (Фиг.1).

В качестве подложки используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния толщиной 0,5 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие окисла кремния с рабочей пластины в растворе плавиковой кислоты, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂=1:1:51:2:7 и НСl:H₂О₂:H₂О=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2, соответственно) рабочей пластины и подложки. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности в вакууме (200 Па) при температуре 250°С в течение 60 с, затем их соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе раздела со слоем примеси бора при температуре 250°С в течение 30 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 10 нм Si / 0,5 мкм SiO₂ / Si со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя 0,2 нм, тогда как при переносе слоя из объемного кремния, эта величина составляет порядка 10 нм (Фиг.4).

Пример 4.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси углерода со слоевой концентрацией атомов 1,2×10¹⁵ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой кремния толщиной 240 нм, переносимые в качестве пленки в гетероструктуру (Фиг.2).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 40 кэВ и дозой 1,5×10¹⁶ см^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, характеризуется =290 нм - проективным пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=260 нм (Фиг.2).

В качестве подложки используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния толщиной 0,5 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие естественного окисла в растворе плавиковой кислоты, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2, соответственно) рабочей пластины и подложки. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности на воздухе при температуре 150°С в течение 500 с, затем их соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе раздела со слоем примеси углерода на воздухе при температуре 250°С в течение 30 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 30 минут.

В результате получают структуру 0,25 мкм Si / 0,5 мкм SiO₂ / Si со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя менее 0,4 нм, тогда как при переносе слоя из объемного кремния, эта величина составляет порядка 10 нм (Фиг.4).

Пример 5.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 1,4×10¹⁵ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой кремния толщиной 240 нм, переносимы в качестве пленки в гетероструктуру (Фиг.2).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 40 кэВ и дозой 2×10¹⁶ см^-2.

При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, характеризуется 290 нм - проективным пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=260 нм (Фиг.2).

В качестве подложки используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния толщиной 0,5 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие естественного окисла в растворе плавиковой кислоты, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2, соответственно). После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности на воздухе, затем их соединяют, сращивают при температуре 200°С в течение 2 часов на воздухе.

Рабочую пластину расслаивают по скрытой границе раздела со слоем примеси бора при комнатной температуре механически, лезвием.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 0,25 мкм Si / 0,5 мкм SiO₂ / Si со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя менее 0,4 нм, тогда как при переносе из объемного кремния эта величина составляет порядка 10 нм (Фиг.4).

Пример 6.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 1,2×10¹⁵ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой окисла кремния толщиной 40 нм, который после введения водорода в рабочую пластину удаляют (Фиг.2).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 20 кэВ и дозой 2×l0¹⁶ cм^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, характеризуется =90 нм - проективньм пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=60 нм (Фиг.2).

В качестве подложки используют кварцевую пластину.

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие окисла кремния в растворе плавиковой кислоты с рабочей пластины, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2 соответственно) рабочей пластины и подложки. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности на воздухе, затем их соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе раздела с дельта-легированным слоем примеси бора при температуре 250°С в течение 30 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 10 нм Si / кварц со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя менее 0,2 нм.

Пример 7.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 1,2×10¹⁵ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой окисла кремния толщиной 40 нм, который после введение водорода в рабочую пластину удаляют (Фиг.2).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 20 кэВ и дозой 2×l0¹⁶ cм^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, характеризуется =90 нм - проективным пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=60 нм (Фиг.2).

В качестве подложки используют гибкую полиимидную пластину толщиной 200 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины. Осуществляют последовательно снятие окисла кремния в растворе плавиковой кислоты с рабочей пластины, очистку в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂O=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2 соответственно) рабочей пластины. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины в деионизованной воде. Затем рабочую пластину подвергают обработке в растворе плавиковой кислоты для гидрофобизации поверхности.

Рабочую пластину сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности на воздухе. Наносят на поверхности рабочей пластины и подложки адгезионный слой “Супер-клей®” толщиной порядка 1 мкм. Затем рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе с дельта-легированным слоем примеси бора при температуре 250°С в течение 30 часов на воздухе.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 10 нм Si / 2 мкм адгезионный слой / 200 мкм гибкая полиимидная пленка со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя менее 0,2 нм.

Пример 8.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 1,2×10¹⁵ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой окисла кремния толщиной 40 нм, который после введение водорода в рабочую пластину удаляют (Фиг.1).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют насыщение водородом из водородной плазмы при температуре подложки 150°С в течение 5 часов.

В качестве подложки используют гибкую полиимидную пластину толщиной 200 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины. Осуществляют последовательно снятие окисла кремния в растворе плавиковой кислоты с рабочей пластины, очистку в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂O=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2 соответственно) рабочей пластины. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины в деионизованной воде. Затем рабочую пластину подвергают обработке в растворе плавиковой кислоты для гидрофобизации поверхности.

Рабочую пластину сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности на воздухе. Наносят на поверхности рабочей пластины и подложки адгезионный слой “Супер-клей®” толщиной порядка 1 мкм. Затем рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе с дельта-легированным слоем примеси бора при температуре 250°С в течение 30 часов на воздухе.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 10 нм Si / 2 мкм адгезионный слой / 200 мкм гибкая полиимидная пленка со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя менее 0,2 нм.

Пример 9.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой кремния толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 1,2×10¹⁵ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой кремния при той же температуре толщиной 10 нм, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой окисла кремния толщиной 40 нм, который после введения водорода в рабочую пластину удаляют (Фиг.1).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют насыщение водородом из водородной плазмы при температуре подложки 250°С в течение 30 мин.

В качестве подложки используют гибкую полиимидную пластину толщиной 200 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины. Осуществляют последовательно снятие окисла кремния в растворе плавиковой кислоты с рабочей пластины, очистку в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂O=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2 соответственно) рабочей пластины. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины в деионизованной воде. Затем рабочую пластину подвергают обработке в растворе плавиковой кислоты для гидрофобизации поверхности.

Рабочую пластину сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности на воздухе. Наносят на поверхности рабочей пластины и подложки адгезионный слой “Супер-клей®” толщиной порядка 1 мкм. Затем рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе с дельта-легированным слоем примеси бора при температуре 250°С в течение 30 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 10 нм Si / 2 мкм адгезионный слой / 200 мкм гибкая полиимидная пленка со среднеквадратичной шероховатостью поверхности кремниевого слоя менее 0,2 нм.

Пример 10.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с тонким слоем в виде соединений примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой GaN толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бериллия со слоевой концентрацией атомов 6×10¹⁴ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой нитрида галлия при той же температуре толщиной 10 нм, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, затем увеличивают температуру до 700°С и выращивают слой окисла кремния толщиной 40 нм, который после введения водорода в рабочую пластину удаляют (Фиг.1).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 12 кэВ и дозой 2,5×l0¹⁶ cм^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, область нитрида галлия, характеризуется =10 нм - проективным пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=8 нм (Фиг.1) в GaN за слоем окисла кремния (Фиг.1).

В качестве подложки используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния толщиной 0,5 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие окисла кремния в растворе плавиковой кислоты с рабочей пластины, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂O=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2 соответственно) рабочей пластины и подложки. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности в вакууме (200 Па) при температуре 250°С в течение 60 с, затем их соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе раздела с тонким слоем в виде соединений примеси бериллия при температуре 350°С в течение 10 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 1100°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру 10 нм GaN / 0,5 мкм SiO₂ / Si со среднеквадратичной шероховатостью поверхности 0,2 нм.

Пример 11.

В рабочей пластине формируют скрытую границу раздела с тонким слоем в виде соединений примеси, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, а именно на поверхности пластины кремния молекулярно-лучевой эпитаксией при температуре 700°С выращивают буферный слой поликристаллического ниобия толщиной 100 нм, затем при температуре 400°С тонкий слой примеси бора со слоевой концентрацией атомов 9×10¹⁴ см^-2, поверх которого выращивают капсулирующий слой текстурированного ниобия при той же температуре толщиной 10 нм, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, затем увеличивают температуру до 700°С и газофазной эпитаксией выращивают слой окисла кремния толщиной 40 нм, который после введения водорода в рабочую пластину удаляют (Фиг.1).

После этого в рабочую пластину осуществляют введение водорода, а именно осуществляют имплантацию ионов водорода с энергией 12 кэВ и дозой 2,5×10¹⁶ см^-2. При этом область рабочей пластины, подвергшаяся имплантации, область ниобия, характеризуется =10 нм - проективньм пробегом ионов водорода и максимумом распределения радиационных дефектов - R_d=8 нм (Фиг.1) в ниобии за слоем окисла кремния (Фиг.1).

В качестве подложки используют пластину кремния, покрытую слоем окисла кремния толщиной 0,5 мкм.

Проводят химическую обработку рабочей пластины и подложки. Осуществляют последовательно снятие окисла кремния с поверхности ниобия рабочей пластины в растворе плавиковой кислоты, очистку и гидрофилизацию, соответственно, в перекисно-аммиачном растворе и в перекисно-кислотном растворе соотношения NH₄OH:H₂O:H₂O=1:1:51:2:7 и НСl:Н₂O₂:Н₂O=1:1:61:2:8 (RСА-1 и RCA-2 соответственно) рабочей пластины и подложки. После каждой операции химической обработки следовала промывка рабочей пластины и подложки в деионизованной воде.

Рабочую пластину и подложку сушат, удаляют физически адсорбированные вещества с поверхности в вакууме (10⁴ Па) при температуре 250°С в течение 60 с, затем их соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину по скрытой границе раздела с тонким слоем соединений примеси бора при температуре 350°С в течение 10 часов.

Затем после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 700°С в течение 45 минут.

В результате получают структуру кристаллический слой 10 нм Nb / 0,5 мкм SiO₂ / Si со среднеквадратичной шероховатостью поверхности Nb 0,2 нм.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления гетероструктуры с кристаллическими пленками, базирующийся на водородно-индуцированном переносе тонкой кристаллической пленки с рабочей пластины, подвергающейся насыщению водородом, в сочетании со стимулированием этого насыщения примесью, присутствующей на границе эпитаксиального слоя с объемом рабочей пластины, при образовании в области этой границы заданного копланарного залегания слоя микрополостей или микротрещин, позволяет получать, по сравнению с известными техническими решениями, ультра тонкие (до 10 нм) пленки с практически атомарно гладкой поверхностью.

1. Способ изготовления гетероструктуры, заключающийся в том, что в рабочую пластину осуществляют введение водорода, проводят химическую обработку рабочей пластины, рабочую пластину и подложку соединяют, сращивают и расслаивают рабочую пластину с переносом пленки в гетероструктуру, отличающийся тем, что перед введением водорода в рабочей пластине формируют скрытую границу раздела, выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, или формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, также выделяющую в рабочей пластине слой, переносимый в качестве пленки в гетероструктуру, после химической обработки рабочей пластины (и подложки) проводят последовательно сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины (и подложки) и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины и подложки и расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру при температуре, при которой водород, введенный в рабочую пластину, остается внутри ее объема, собираясь на скрытой границе раздела или скрытой границе раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси, причем глубина введения водорода в рабочую пластину больше или того же порядка, что и глубина залегания скрытой границы раздела или скрытой границы раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей пластины используют пластину кремния, являющуюся основой рабочей пластины, покрытую слоем/слоями кристаллического материала.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве кристаллического материала используют монокристаллический, или поликристаллический, или текстурированный материал.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве монокристаллического, или поликристаллического, или текстурированного материала используют кремний.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве монокристаллического, или поликристаллического, или текстурированного материала используют нитрид галлия.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве монокристаллического, или поликристаллического, или текстурированного материала используют ниобий.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что поверхность рабочей пластины покрывают тонким слоем окисла кремния, через который вводят водород и который после введения водорода удаляют.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластину из жесткого материала.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластину, покрытую слоем или слоями материала, отличного по своим свойствам от материала пластины, используемой в качестве подложки.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластину из полупроводника.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластину из кремния.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластину из кремния, покрытую слоем окисла кремния.

13. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что в качестве подложки используют кварцевую пластину.

14. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластину из гибкого материала.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластину из полиимида.

16. Способ по любому из пп.1-4 или 7-15, отличающийся тем, что в качестве примеси используют бор или углерод со слоевой концентрацией атомов (6÷ 14)× 10¹⁴ см^-2 при переносе в гетероструктуру слоя кремния.

17. Способ по любому из пп.1-3, или 5, или 7-15, отличающийся тем, что в качестве примеси используют бериллий со слоевой концентрацией атомов 6× 10¹⁴ см^-2 при переносе в гетероструктуру слоя нитрида галлия.

18. Способ по любому из пп.1-3 или 6-15, отличающийся тем, что в качестве примеси используют бор со слоевой концентрацией атомов 9× 10¹⁴ см^-2 при переносе в гетероструктуру слоя ниобия.

19. Способ по любому из пп.1-18, отличающийся тем, что введение водорода в рабочую пластину осуществляют имплантацией ионов Н

+

2

или Н⁺ дозой (1,5÷ 15)× 10¹⁶ см^-2 и энергией 5÷ 200 кэВ или введение водорода осуществляют из водородной плазмы.

20. Способ по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что после расслоения рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят отжиг при температуре 300÷ 1100° С в течение 0,5-10 ч.

21. Способ по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что после химической обработки проводят сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины (и подложки) и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины и подложки и расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят в одну стадию в вакууме (10¹÷10⁴ Па) или на воздухе при температуре от 80 до 350° С, длительностью от 0,1 до 100 ч или после химической обработки проводят сушку, удаление физически адсорбированных веществ с поверхности рабочей пластины (и подложки) и нанесение адгезионного слоя, соединение, сращивание рабочей пластины и подложки в одну стадию в вакууме (10¹÷10⁴ Па) или на воздухе, при температуре от 80 до 350° С, длительностью от 0,1 до 100 ч, а расслоение рабочей пластины с переносом пленки в гетероструктуру проводят механически.

22. Способ по любому из пп.1-21, отличающийся тем, что формируют скрытую границу раздела тем, что на поверхности основы рабочей пластины выращивают эпитаксиальный слой кремния.

23. Способ по любому из пп.1-21, отличающийся тем, что формируют скрытую границу раздела с дельта-легированным слоем примеси или тонким слоем в виде соединений примеси таким образом, что сначала на поверхности основы рабочей пластины эпитаксией выращивают буферный слой, затем дельта-легированный слой примеси или тонкий слой в виде соединений примеси, затем капсулирующий слой /и слой материала, переносимый совместно с капсулирующим слоем в качестве пленки в гетероструктуру.