Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе



Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе
Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе
Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе
Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе

 


Владельцы патента RU 2498450:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) (RU)

Изобретение относится к полупроводниковой технологии. В аморфный изолирующий слой SiO2 подложки Si осуществляют имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, способной формировать нанокристаллы в объеме слоя SiO2-Si+ или Ge+. Получают область локализации имплантированной примеси. Режимы имплантации обеспечивают концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и расположение области локализации имплантированной примеси на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Соединяют со слоем SiO2 подложки полупроводниковую подложку-донор из Si и проводят сращивание с формированием поверхностного слоя Si требуемой толщины на SiO2, изготавливая структуру полупроводник-на-изоляторе. В финале осуществляют отжиг, обеспечивающий диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое. За счет формирования нанокристаллов, являющихся ловушками отрицательных зарядов, компенсируется негативное влияние встроенного положительного заряда в диэлектрике, обеспечивая повышение качества структуры, устранение последствий ионизирующего излучения, расширение сферы применения способа - для создания устройств с повышенной стойкостью к воздействию ионизирующего излучения. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для создания современных приборных структур микро- и наноэлектроники, в частности. многослойных полупроводниковых структур и многослойных структур полупроводник-диэлектрик при производстве сверх больших интегральных схем (СБИС) и других изделий полупроводниковой техники повышенной радиационной стойкости.

Известен способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе (патент США №5360752 на изобретение, МПК: 5 H01L 21/76), заключающийся в том, что беруг подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, генерирующих примесь, после чего берут полупроводниковую подложку-донор, соединяют ее с изолирующим слоем подложки и проводят сращивание, осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°С, в завершение формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностною слоя полупроводника. В способе используют подложку и подложку-донор из кремния. В качестве изолирующего слоя выполняют слой оксида кремния толщиной 350÷450 им. Имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, в изолирующем слое проводят в два этапа в целях получения однородного распределения рекомбинационных центров; сначала осуществляют «глубокую» имплантацию ионов с энергией 500 кэВ дозами от 5×1014 см-2 до 2×1015 см-2, а затем «мелкую» - с энергией 180 кэВ дозой 1×1015 см-2. Перед соединением и сращиванием проводят процедуру очистки. Осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°С. преимущественно при 800°С. В качестве имплаптируемой примеси используют германий или мышьяк.

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

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

Во-вторых, используемые режимы имплантации обеспечивают большую дисперсию в распределении имплантированных ионов в диэлектрике, что ухудшает качество границы раздела между слоем оксида кремния и кремниевой подложкой.

В-третьих, использование рекомбинационных центров в оксиде кремния в качестве центров геттерирования примесных атомов снижает структурную однородность диэлектрического слоя и ведет к деградации его свойств.

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

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе (публикация №0652591 европейской заявки на изобретение, заявка №94116233.1 от 14.10.94 г., МПК: 6 H01L 21/76, опубл. 10.05.95 г., Бюл. 95/19), заключающийся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, после чего берут полупроводниковую подложку-донор, на ее поверхности выполняют изолирующий слой, соединяют подложку и подложку-донор изолирующими слоями и проводят сращивание, далее осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, в завершение формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, осуществляя травление с непланарной стороны подложки-донора, стравливая подложку-донор до требуемой толщины поверхностного слоя полупроводника - от 70 до 100 им. В способе используют подложку и подложку-донор из кремния. В качестве изолирующего слоя выполняют слой оксида кремния толщиной 350÷450 нм. Имплантацию ионов для формирования рекомбинационных центров, геттерирующих примесь, в изолирующем слое подложки и подложки-донора проводят в два этапа в целях получения однородного распределения рекомбинационных центров; сначала осуществляют «глубокую» имплантацию ионов с энергией 500 кэВ дозами от 5×10 см-2 до 2×105 см-2, а затем «мелкую» - с энергией 180 кэВ дозой 1×1015 см-2. Перед соединением и сращиванием проводят процедуру очистки. Осуществляют отжиг в температурном режиме до 850°C, преимущественно при 800°C. В качестве имплантируемой примеси используют германий или мышьяк.

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

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

Во-вторых, используемые режимы имплантации обеспечиваю г большую дисперсию в распределении имплантированных ионов в диэлектрике, что ухудшает качество границы раздела между слоем оксида кремния и кремниевой подложкой.

В-третьих, использование рекомбинационных центров в оксиде кремния в качестве центров геттерирования примесных атомов снижает структурную однородность диэлектрического слоя и ведет к деградации его свойств.

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

Техническим результатом изобретения является:

- повышение качества структуры полупроводник-на-изоляторе;

- снижение негативного эффекта ионизирующего излучения на характерно тки структуры;

- расширение технологической сферы применения способа.

Технический результат достигается в способе изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе, заключающемся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов, соединяют с изолирующим слоем подложки полупроводниковую подложку-донор и проводят сращивание, осуществляют отжиг, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, причем имплантацию проводят в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к 4юрмированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, и получают область локализации имплантированной примеси при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и получение области локализации имнлантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, в финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В способе в качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния.

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

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

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

В способе разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода со значением энергии 20÷200 кэВ и дозы 2×1016÷1×1017 см-2.

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

В способе в аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния или германия.

В способе имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов. при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%.

В способе имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, с концентрацией внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 7 им.

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

В способе в финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, а именно, при температуре отжига 800÷1000°С, длительности не менее 0,5 часа, а также наличии инертной атмосферы или окисляющей атмосферы.

В способе после имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностною слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя.

В способе дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухою кислорода при температуре от 500 до 600°C в течение 10 минут и более.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг.1 схематично представлены основные стадии процесса изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе: I - формирование в полупроводниковой подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности разунрочненной зоны со структурными изменениями посредством имплантации ионов водорода, выделяющей отсеченный поверхностный слой полупроводника, переносимый на изолятор подложки, II - имплантация в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующих примесей. способных формировать в нем нанокристаллы, III - низкотемпературная обработка (отжиг) в окисляющей атмосфере аморфного изолирующего слоя на подложке после проведения имплантации, IV - сушка с удалением избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей, соединение и сращивание подложки и подложки-донора с переносом отсеченного поверхностного слоя полупроводника на изолятор подложки в вакуумной камере или инертной атмосфере, V - высокотемпературная обработка (отжиг) после получения отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке с аморфным изолирующим слоем, подвергшимся имплантации примеси, коалесценция имплантированной примеси в аморфном изолирующем слое, формирование нанокристаллов, где 1 - подложка-донор; 2 - разупрочненная зона; 3 - подложка; 4 - аморфный изолирующий слой; 5 - область локализации имплантированной примеси; 6 - отсеченный поверхностный слой полупроводника; 7 - нанокристаллы, образованные путем коалесценции имплантированной в аморфный изолирующий слой на подложке примеси.

На Фиг.2 представлено фотографическое изображение структуры полупроводник-на-изоляторе со слоем захороненного оксида кремния - аморфного изолирующего слоя, содержащего нанокристаллы германия (nc-Ge), полученное методом электронной микроскопии на поперечном срезе структуры полупроводник-на-изоляторе с аморфным изолирующим слоем оксида кремния, подвергшегося имплантации ионов германия с энергией 40 кэВ и дозой 2×1016 см-2, с последующими низкотемпературной обработкой - отжигом в атмосфере сухого кислорода при температуре 570°C в течение 20 минут и высокотемпературной обработкой - отжигом на заключительном этапе при температуре 900°C в течение 1 часа.

На Фиг.3 представлены вольт-фарадные характеристики мезаструктур. полученных на структурах полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния p-типа проводимости: 8 - без имплантации в аморфный изолирующий слой; 9 - с имплантацией в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующих примесей, способных формировать в нем нанокристаллы, в частности, ионов кремния при условиях, обеспечивающих концентрацию примеси 13 ат.%, а именно, с энергией 35 кэВ и дозой 2×1016 см-2, с последующей низкотемпературной обработкой (отжиг) в атмосфере сухою кислорода при температуре 550°С в течение 20 минут, и проведением высокотемпературной обработки после получения отсеченного поверхностного слоя полупроводника на подложке с аморфным изолирующим слоем, подвергшимся имплантации примеси, при температуре 950°С в течение 1 часа.

На Фиг.4 представлены вольт-фарадные характеристики мезаструктур, полученных на структурах полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния n-типа проводимости, с захороненным диэлектриком SiO2 - аморфный изолирующий слой, подвергшимся имплантации ионов германия при условиях, обеспечивающих объемную концентрациею 15 ат.%, с последующими низкотемпературной обработкой (отжигом) в атмосфере сухого кислорода при температуре 570°C в течение 20 минут и высокотемпературной обработкой - отжигом на заключительном этапе при температуре 900°C в течение 1 часа, при двух направлениях приложенного смещения.

Достижение технического результата в предлагаемом способе изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе, при реализации которого используют ионную имплантацию и прямой перенос на основе физических закономерностей, определяющих процессы переноса полупроводниковых слоев, базируется на физических закономерностях процесса диффузии имплантированных примесей, процессов сегрегации примеси и формирования нанокристаллов (нанокластеров) в объеме аморфного изолирующего слоя - захороненного диэлектрика (Фиг.1), а также физических закономерностей, определяющих влияние нанокристаллов на характеристики структур. Правомерность физических представлений достижения технического результата подверждают экспериментальные данные (Фиг.2-4).

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

При решении указанной задачи следует руководствоваться следующим. Параметрами, определяющими величину поверхностной энергии в любом случае, является температура и высокое структурное качество поверхностей - качество соединяемых и сращиваемых поверхностей полупроводниковой подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4. В связи с этим, одним из главных требований, необходимых для достижения полного (100%) гидрофильного соединения полупроводниковых пластин, в частности, полупроводниковой подложки-донора 1 из кремния и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4 из диэлектрика SiO2, является обеспечение предельно возможной чистоты поверхностей сращиваемых пластин, отсутствие физически адсорбированных примесей на исходных поверхностях и последующее проведение непосредственно самой гидрофилизации поверхностей пластин. После гидрофилизации подложки-донора 1 и подложки 3 с аморфным изолирующим слоем 4 их следует просушить и удалить с поверхностей физически адсорбированные вещества, для чего их помещают в центрифугу вакуумной камеры и нагревают там до необходимых для этою температур. Зачем их соединяют в пары, сращивают и расслаивают с получением поверхностного слоя полупроводника на аморфном изолирующем слое 4.

Внутренние гидрофобные поверхности в соседних атомных плоскостях, которые параллельны поверхности пластины, предварительно получают в объеме полупроводника, в частности, Si при формировании в нем разупрочненной зоны 2, характеризующейся структурными изменениями, посредством имплантации ионов водорода. Создание разупрочненной зоны 2 и, в частности, указанных гидрофобных поверхностей происходит путем образования в подвергшемся имплантации слое Х-Н-Н-Х связей за счет захвата водорода на растянутые и ослабленные Х-Х связи полупроводниковой матрицы, перпендикулярные поверхности. Для того чтобы обеспечить на глубине среднею проективного пробега ионов Rp наличие двух гидрофобных (100) плоскостей с полным (100%) покрытием Х-Н-Н-Х связями при формировании разупрочненной зоны 2 посредством имплантации необходимы дозы ионов H+H2+ от 2×1016 см-2 и выше при их энергиях от 20 до 200 кэВ.

Создание разупрочненной зоны 2 и гидрофобных поверхностей являеюя началом формирования в изготавливаемой по предлагаемому способу структуре поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины. Задание толщины происходит посредством выбора режима проведения ионной имплантации.

Далее, другой задачей при изготовлении структуры полупроводник-на-изоляторе, решение которой, собственно, и обеспечивает достижение технического результата. является устранение в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем полупроводника 6 влияния фиксированного положительного заряда в области, примыкающей к границе сращивания и возникающей в результате структурных несовершенен, вызванных какими-либо факторами, например, ионизирующим излучением, характерных, в частности, для структуры, в отношении которой решена только первая вышеописанная задача. Вторая задача решается за счет формирования нанокристаллов (см. Фиг.1 стадия V, позиция 7) в аморфном изолирующем слое 3, расположенных в указанном слое вблизи области фиксированного заряда, примыкающей к границе сращивания структуры полупроводник-на-изоляторе (см. Фиг.1, стадия II, III и V). В основе решения задачи лежит способность некоторых примесных атомов сегрегировать в диэлектрической матрице при постимплантационном отжиге в результате химического разделения фаз и формировать полупроводниковые нанокластеры или нанокристаллы внутри диэлектрического слоя, которые являются центрами захвага огрицаюльных и положительных носителей заряда. Согласно имеющимся литературным источникам (A.N. Nazarov, Т. Gebel, L. Rebohle, W. Skorupa, I.N. Osiyuk, V.S. Lysenko. Trapping of negative and positive charges in Ge+ ion implanted silicon dioxide layers subjected to high-Held electron injection. J. Appl. Phys., V.94 (2003), P.P.4440-4448), сечение захвата носителей отрицательных зарядов нанокристаллами некоторых полупроводников, таких как кремний и германий, в несколько раз выше, чем сечение захвата положительных носителей заряда. Создание таких нанокристаллов из полупроводникового материала внутри диэлектрического слоя структуры полупроводник-на-изоляторе позволяет компенсировать положительные фиксированные заряды внутри слоя диэлектрика и на границах раздела между слоем захороненного диэлектрика и слоем перенесенного полупроводника, а также между слоем захороненного диэлектрика и подложкой.

В пользу устранения влияния фиксированного положительного заряда в результате имплантации примеси и последующего отжига с формированием нанокристаллов в структуре полупроводник-на-изоляторе свидетельствуют экспериментальные данные (Фиг.2-4).

Фотографическое изображение (см. Фиг.2), полученное методом электронной микроскопии на поперечном срезе структуры полупроводник-на-изоляторе. демонстрирует возможность изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе со слоем захороненного оксида кремния - аморфного изолирующего слоя, содержаще) о нанокристаллы, в частности, германия (nc-Ge) в аморфном изолирующем слоем оксида кремния, посредством имплантации ионов германия с последующими низкотемпературной обработкой - отжигом в атмосфере сухого кислорода и высокотемпературной обработкой - отжигом на заключительном этапе.

Вольтфарадные характеристики структур полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния p-типа проводимости (см. Фиг.3), измеренные на изготовленных литографически мезаструктурах, демонстрируют: в случае структуры, содержащей нанокристаллы кремния в захороненном слое диэлектрика, они характеризуются меньшими смещениями в напряжении плоских зон, соответствующих фиксированному положительному заряду, по сравнению с вольтфарадными характеристиками структур с захороненным слоем диэлектрика, выполненным без имплантации в него примеси и, соответственно, без формирования нанокристаллов. Это свидетельствует о формировании ловушек отрицательных зарядов в захороненном диэлектрике, компенсирующих встроенный положительный заряд.

Вольтфарадные характеристики структур полупроводник-на-изоляторе с поверхностным слоем кремния n-типа проводимости (см. Фиг.4), измеренные на изготовленных литографически мезаструктурах, проказывают, что в случае формирования структуры, содержащей нанокристаллы германия в захороненном слое диэлек1рика, посредством имплантации ионов германия и последующих отжигов, низкотемпературного и высокотемпературного, они обладают левоциркулярным гистерезисом и достаточно большим смещением в напряжении плоских зон, которое составляет около 20 В. Это указывает на присутствие в диэлектрике мелких ловушек отрицательных зарядов.

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

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

2. Осуществляют первый этап в решении задачи, направленной на улучшение свойств структуры полупроводник-на-изоляторе и расширения технологической сферы применения способа. Цель проведения этапа - внедрение примеси в аморфный изолирующий слой 4 для улучшения изготавливаемой структуры, устранения в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем полупроводника 6 влияния встроенною положительного заряда, обусловленного структурными несовершенствами. В аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 осуществляют имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, способной при проведении постимплантационного отжига формировать в объеме аморфного изолирующего слоя нанокристаллы, захватывающие отрицательные носители зарядов и устраняющие влияние встроенных положительных зарядов. Размеры нанокристаллов составляют от 2 до 7 им. В результате проведения имплантации в аморфном изолирующем слое 4 формируют область локализации имплантированной примеси 5 (II стадия, Фиг.2). Условия проведения имплантации, в частности, энергию ионов, выбирают, исходя из получения профиля имплантированной примеси - области локализации имплантированной примеси 5, расположенной вблизи области встроенного положительного заряда, обусловленного структурными несовершенствами, то есть в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, и па границе раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем полупроводника 6, но не ближе расстояния от границы раздела, равного длине диффузии внедренной примеси при проведении последующих термообработок. Соответственно, формирование нанокристаллов при условиях последующих термообрабогок проводят в объеме аморфного изолирующего слоя 4. Конкретные значения энергий определяются параметрами аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, например, качеством диэлектрика, а также условиями последующих термообработок. Кроме того, условия проведения имплантации, в частности дозы ионов, выбирают, исходя из получения концентрации внедряемой примеси в области локализации имплантированной примеси 5 достаточной для устранения негативных проявлений электрически активных дефектов - фиксированного пространственного положительного заряда. Концентрация внедряемой примеси при этом такова, что расстояние между имплантированными примесными атомами меньше, чем длина их диффузии при проведении последующих термообработок. В частности, концентрация, внедренных ионов составляет от 10 ат.% до 20 ат.%. Соответствующие значения доз внедряемых ионов определяются параметрами аморфных изолирующих слоев 4 в структурах, включая качество диэлектрика, ею толщину, а также условиями отжига. Указанные факторы обеспечивают формирование нанокристаллов размером от 2 до 7 нм. В качестве подложки 3 используют подложку из кремния. В качестве аморфного изолирующего слоя 4 используют диэлектрик оксид кремния. Аморфный изолирующий слой 4 предварительно выполняют на подложке 3. например, путем ее окисления. В качестве ионов легко сегрегирующей примеси используют ионы кремния или германия.

3. После проведения имплантации в аморфный изолирующий слой 4 ионов легко сегрегирующей примеси и формирования области локализации имилантированной примеси 5 осуществляют низкотемпературную обработку (отжиг) аморфною изолирующего слоя 4 на подложке 3 в окисляющей атмосфере (III стадия, Фиг.1). Указанную обработку проводят в атмосфере сухого кислорода при температуре от 500 до 600°C в течение 10 минут и более. Стадию осуществляют в следующих целях. Профиль распределения внедренной примеси, как правило, имеет гауссианобразную форму с асимметрией в сторону поверхности, которая приводит к выходу части примеси на поверхность. При этом внедряемые примесные атомы, взаимодействуя, могут формировать избыточные Si-Si, Si-Ge, Ge-Ge связи, которые создают дополнительные центры захвата положительных зарядов на поверхности, ухудшая свойства структуры. Для устранения указанной негативной особенности проводят дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя 4, в частности, путем окисляющей низкотемпературной обработки. В результате такой обработки устраняются избыточные ненасыщенные кислородом связи на поверхности полупроводника, в частности, кремния и улучшается качество границы раздела между аморфным изолирующим слоем 4 и поверхностным слоем полупроводника 6.

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

5. При доведении процесса до рассматриваемой стадии структура полупроводник-на-изоляторе, в общем, изготовлена, и остается реализовать заключительный этап решения задачи, направленной на улучшение характеристик структуры полупроводник-на-изоляторе и расширения технологической сферы применения способа. Цель проведения данного этапа - осуществление диффузии внедренной легко сегрегирующей примеси с образованием нанокристаллов в аморфном изолирующем слое 4, расположенном на подложке 3, способствующих устранению негативного влияния области встроенного положительного заряда в аморфном изолирующем слое 4 и на границах раздела последнего с отсеченным поверхностным слоем полупроводника 6. Па данной стадии изготовления структуры проводник-па-изоляторе (V стадия, Фиг.1) проводят высокотемпературную обработку (отжиг) при условиях, в совокупности обеспечивающих диффузию имплантированной в аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 примеси из области локализации имплантированной примеси 5 к границам раздела, в частности, границе отсеченный поверхностный слой полупроводника 6 - аморфный изолирующий слой 4, ее коалесценцию и формирование нанокристаллов в объеме аморфною изолирующего слоя 4. Условия обработки - температурный режим и продолжительность, а именно, температуры отжига 800÷1000°C, длительность не менее 0,5 часа, а также наличие инертной атмосферы или окисляющей атмосферы. Условия высокотемпературной обработки выбирают исходя из достижения в совокупности коалесценции имплантированной в аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3 примеси и формирования нанокристаллов с размерами от 2 до 7 нм внутри аморфной матрицы, но в тоже время без возможности реализации диффузии имплантированных примесных атомов к границам раздела отсеченный поверхностный слой полупроводника 6 - аморфный изолирующий слой 4 и аморфный изолирующий слой 4 - подложка 3. Отметим, что указанные конкретные условия отжига правомерны в случаях формирования области локализации внедренной примеси 5 или формирования профиля распределения атомов примеси, как указано выше, в половине аморфного изолирующею слоя 4, прилегающей к границе сращивания с этим слоем перенесенного с подложки-донора 1 отсеченного поверхностного слоя полупроводника 6, на расстоянии от границы сращивания не ближе длины диффузии примеси. В других случаях конкретные режимы отжига будут отличаться от указанных.

Основное отличие предлагаемого способа от ближайшего технического решения заключается в осуществлении в аморфный изолирующий слой 4 на подложке 3. выполняющий роль аморфной матрицы, имплантации ионов легко сегрегирующей примеси, способной формировать внутри аморфного изолирующего слоя 4 нанокристаллы с размерами от 2 до 7 нм при условиях имплантации и условиях последующего отжига, а также в осуществлении низкотемпературной постимплантационной обработки поверхности аморфного изолирующего слоя 4 в окисляющей атмосфере.

Достижение технического результата обеспечивается, во-первых, за счет имплантации ионов легко сегрегирующей примеси дозами, достаточными для формирования нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя 4, во-вторых, за счет постимплантационной высокотемпературной обработки, обеспечивающей диффузию внедренной примеси, ее коалесценцию и формирование нанокристаллов. В результат достигается отсутствие негативного влияния встроенного положительного заряда в диэлектрике структуры и на границе раздела диэлектрик - поверхностный слон полупроводника. В свою очередь это приводит к улучшению электрофизических характеристик структуры полупроводник-на-изоляторе, в частности, при наличии ионизирующего облучения.

В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации заявляемого способа с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры.

Пример 1.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным па ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате имплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1015 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов 3 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 35 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C в течение 1 часа.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхности, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностною слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 450°C в течение 0,5 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 103 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 950°C, длительностью 5 часов, при наличии инертной атмосферы аргона.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером 3 нм.

Пример 2.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×10 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 3 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 40 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 570°C в течение 20 минут.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в ко юром сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизании поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 102 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 950°C, длительностью 2 часов, при наличии инертной атмосферы азота.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером 2÷3 им.

Пример 3.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. К качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H+ со значением энергии 20 кэВ и дозы 4×10 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 5 нм, через который проводя г имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 3×1016 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 5 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 60 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 10 минут.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 200°C в течение 0,15 часа в инертной сухой атмосфере, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхности осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 980°C, длительностью 0,5 часов, при наличии инертной атмосферы аргона.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером от 3 до 5 им.

Пример 4.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результат иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующею слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностью слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре па требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+со значением энергии 200 кэВ и дозы 1×1017 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имнлантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×10 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов ог 4 до 5 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 100 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностною слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 10 минут.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в ко юром сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 980°C, длительностью 1 час, при наличии инертной атмосферы аргона.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером от 4 до 5 им.

Пример 5

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоягии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 120 кэВ и дозы 2×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов кремния Si+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 7 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 100 к эВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 30 минут.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхности проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 102 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси. коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 6 часов, затем при температуре 950°C, длительностью 6 часов, затем при температуре 1000°C, длительностью 1 час, при наличии окисляющей атмосферы сухого кислорода. После отжига проводят химическую обработку в плавиковой кислоте.

В результате получают структуру, содержащую 0,2 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами кремния в слое SiO2 размером от 3 до 7 им.

Пример 6.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.

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

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имнлантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×1016 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 3 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 40 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C в течение 1 часа.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочпенной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергаю г обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностною слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси. коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое. осуществляют при температуре отжига 800°C, длительностью 4 часа, при наличии инертной атмосферы аргона.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 2 до 3 им.

Пример 7.

При реализации способа изготовления структуры полупроводпик-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплаптировацной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующею слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочпенную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию попов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×1016 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов около 3 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 35 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C в течение 1 часа.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфною изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры. одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струси ультрачистой деиопизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 800°C, длительностью 4 часа, при наличии инертной атмосферы азота.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером около 3 им.

Пример 8.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 300 им.

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

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 3×10 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 4 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 50 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 550°C в течение 0,5 часа.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имнлатании ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 350°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 4 часа, при наличии инертной атмосферы азота.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,3 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 2 до 4 нм.

Пример 9.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцироваль в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 6 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 100 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 570°C в течение 0,5 часа.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, по которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 450°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 2 часа, при наличии инертной атмосферы аргона.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 3 до 6 нм.

Пример 10.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода Н2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×101 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 им, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 3 до 7 им. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 150 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 0,5 часа.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают что разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 450°C в течение 1 часа, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 200°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 0,5 часа, при наличии инертной атмосферы аргона.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0.4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 3 до 7 нм.

Пример 11.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-па-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результате иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.

Для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу па аморфный изолирующий слой подложки. Разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода H2+ со значением энергии 140 кэВ и дозы 2,5×1016 см-2. Перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой - упомянутый здесь выше слой окисла кремния, толщиной 50 нм, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 2×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 5 до 7 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 150 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 0,5 часа.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхности, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующею слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченного поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 300°C в течение 25 часов, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 80°C и длительности 1 час. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхности осуществляют в камере с вакуумом 101 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 900°C, длительностью 6 часов, затем при температуре отжига 950°C, длительностью 6 часов, затем при температуре отжига 1000°C, длительностью 1 час, при наличии окисляющей атмосферы сухого кислорода. После отжига проводят химическую обработку в плавиковой кислоте.

В результате получают структуру, содержащую 0,2 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 5 до 7 нм.

Пример 12.

При реализации способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе берут подложку с выполненным на ее поверхности аморфным изолирующим слоем, в которой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя. В результат иплантации получают область локализации имплантированной примеси. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и также обеспечивающих получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины. В финале осуществляют отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

В качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния. В составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния. В качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния, выращенный термически толщиной 400 нм.

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

В аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно, ионов германия Ge+. Указанная примесь способна коалесцировать в условиях разделения фаз при последующем отжиге и формировать нанокристаллы. Имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно, концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.% за счет дозы ионов 1,5×1017 см-2, при обеспечении размеров нанокристаллов от 4 до 7 нм. Получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, достигают путем использования энергии ионов 135 кэВ.

После имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностною слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя. Дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующею слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 600°C в течение 20 минут.

После дополнительного отжига проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины следующим образом. Подложку-донор с созданной в ней посредством имплантации ионов водорода разупрочненной зоной и подложку с аморфным изолирующим слоем, в котором сформирована область локализации имплантированной примеси, подвергают обработке, обеспечивающей их сращивание, - очистке и гидрофилизации поверхностей, но которым производят сращивание, рабочей поверхности подложки-донора, со стороны которой осуществлена имплантация ионов водорода, и поверхности аморфного изолирующего слоя. Затем полупроводниковую подложку-донор соединяют с подложкой с аморфным изолирующим слоем сторонами, в отношении которых выполнены указанные процедуры, одновременно сращивают и расслаивают по разупрочненной области подложки-донора с образованием на аморфном изолирующем слое подложки отсеченною поверхностного слоя полупроводника. При этом соединение и одновременное сращивание с расслоением проводят при температуре 300°C в течение 100 часов, а предшествующие соединению сушку после отмывки струей ультрачистой деионизованной воды и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей проводят при 300°C и длительности 0,1 часа. Операции соединения, сращивания и расслоения, предшествующие сушку и удаление избыточных физически адсорбированных веществ с поверхностей осуществляют в камере с вакуумом 102 Па.

Финальный отжиг, при условиях обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, осуществляют при температуре отжига 970°C, длительностью 0,5 часа, при наличии инертной атмосферы азота.

В результате получают структуру, содержащую 0,6 мкм Si и 0,4 мкм SiO2 на подложке Si, с нанокристаллами германия в слое SiO2 размером от 4 до 7 им.

Таким образом, положительным эффектом от предлагаемого способа изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе с использованием имплантации ионов легко сегрегирующей примеси, способной формировать нанокристаллы, в диэлектрик одной полупроводниковой пластины, водородно-индуцированного переноса полупроводникового слоя с другой полупроводниковой пластины и последующего высокотемпературного отжига является:

1. Уменьшение радиационной нагрузки на захороненный аморфный диэлектрический слой за счет использования имплантации моноэнергетичных ионов.

2. Высокое качество диэлектрика за счет снижения степени его разупорядоточения. достигнутое имплантацией примеси в область диэлектрика, примыкающую к границе сращивания структуры полупроводник-на-изоляторе.

3. Улучшенное качество перенесенного слоя полупроводника, достигнутое за счет компенсации встроенного положительного заряда в захороненном аморфном слое.

4. Обеспечение повышенной стойкости структуры полупроводник-на-изоляторе к воздействию ионизирующего излучения за счет введения ловушек отрицательных зарядов в захороненный аморфный (диэлектрический) слой, компенсирующих генерируемые ионизирующим облучением положительные заряды. Данные преимущества являются следствием сегрегации имплантированной примеси внутри аморфного слоя и формирования полупроводниковых нанокристаллов внутри захороненного аморфного слоя структуры полупроводник-на-изоляторе, являющихся ловушками отрицательных зарядов и улучшающих качество изолирующею слоя, качество границ раздела между изолирующим слоем и слоем монокристаллическою полупроводника и качество перенесенного слоя полупроводника.

1. Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе, заключающийся в том, что берут подложку с выполненным на ее поверхности изолирующим слоем, в который проводят имплантацию ионов, соединяют с изолирующим слоем подложки полупроводниковую подложку-донор и проводят сращивание, осуществляют отжиг, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, отличающийся тем, что имплантацию проводят в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, и получают область локализации имплантированной примеси при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и получение области локализации имплантированной примеси, расположенной на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге, затем проводят соединение подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором и сращивание, формируют поверхностный слой полупроводника требуемой толщины, в финале осуществляют отжиг, при условиях, обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковой подложки-донора используют подложку-донор из кремния.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в составе подложки-донора из кремния выращивают слой окисла кремния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки используют подложку кремния, а в качестве аморфного изолирующего слоя на ее поверхности - диэлектрик оксид кремния.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования поверхностного слоя полупроводника требуемой толщины перед соединением полупроводниковой подложки-донора с аморфным изолирующим слоем подложки в подложке-доноре создают разупрочненную область на требуемом расстоянии от рабочей поверхности, выделяя, таким образом, отсеченный поверхностный слой полупроводника заданной толщины, подлежащий переносу на аморфный изолирующий слой подложки.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что разупрочненную зону в подложке-доноре на требуемом расстоянии от рабочей поверхности создают тем, что проводят имплантацию ионов водорода со значением энергии 20-200 кэВ и дозы
2·1016-1·1017 см-2.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед имплантацией водорода на рабочей поверхности полупроводниковой подложки-донора выращивают защитный слой, через который проводят имплантацию и который после имплантации удаляют.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в аморфный изолирующий слой проводят имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, обладающей способностью к формированию нанокристаллов в объеме аморфного изолирующего слоя, с получением области локализации имплантированной примеси, а именно ионов кремния или германия.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, а именно концентрацию внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что имплантацию проводят при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, с концентрацией внедренных атомов примеси не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%, при обеспечении размеров нанокристаллов от 2 до 7 нм.

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

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в финале осуществляют отжиг, при условиях, обеспечивающих диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое, а именно при температуре отжига 800÷1000°C, длительности не менее 0,5 ч, а также наличии инертной атмосферы или окисляющей атмосферы.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что после имплантации в аморфный изолирующий слой ионов легко сегрегирующей примеси и получения области локализации имплантированной примеси, перед соединением подложки аморфным изолирующим слоем с полупроводниковой подложкой-донором, сращиванием и формированием поверхностного слоя полупроводника осуществляют дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный отжиг при условиях, обеспечивающих дополнительное наращивание аморфного изолирующего слоя, проводят в окисляющей атмосфере сухого кислорода при температуре от 500°C до 600°C в течение 10 мин и более.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления приборных структур. В способе изготовления структуры кремний-на-изоляторе в аморфный изолирующий слой SiO2 подложки кремния осуществляют имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в слое SiO2 и/или на границе раздела между слоем SiO2 и поверхностным слоем кремния - F+.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к способам формирования приборных систем микро- и наноэлектроники. .

Изобретение относится к полупроводниковой технике. .

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники. Способ изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения, заключается в нанесении нанокомпозитной пленки оксинитрида кремния с включенными кластерами кремния. Нанесение осуществляют методом плазменного распыления кремниевой мишени при скорости осаждения 5-7 нм/мин в среде аргона с добавками 3-5% об. кислорода и 6-8% об. азота. Техническим результатом изобретения является получение диэлектрических слоев, обладающих эффектом переключения проводимости, полностью совместимых с материалами, а также с большинством технологических воздействий, применяемых в традиционной кремниевой технологии интегральных микросхем. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления приборных структур. В подложку из кремния проводят имплантацию ионов с формированием слоя, предназначенного для переноса. Осуществляют активирующую обработку поверхности, по которой проводят сращивание. Подложки кремния и сапфира соединяют в пары поверхностями, предназначенными для сращивания. Предварительно придают им температуру, соответствующую состояниям их материалов, обусловленных термическим расширением, гарантирующим при соединении в пары и последующих термических воздействиях отсутствие вызывающих разрушение внутренних механических напряжений. Выполняют сращивание поверхностей подложки из кремния и подложки сапфира друг с другом и расслоение, осуществляя перенос слоя кремния на подложку сапфира и получая структуру. За счет предварительного, перед соединением в пары, нагрева до температур 200-400°C подложек достигают повышения устойчивости к механическому разрушению структуры кремний-на-сапфире при нагреве/остывании, снижения концентрации дефектов в кремнии. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к конструкции диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости. Особенность предлагаемой конструкции состоит в том, что внутри основной диэлектрической пленки - широкозонного полупроводника из оксида и/или нитрида кремния или их сплавов с углеродом или германием, со встроенными наноразмерными кластерами кремния - сформированы 1-5 слоев материала на базе кремния толщиной 1-5 нм, отличающихся от материала основного слоя химическим составом и меньшей шириной запрещенной зоны. Техническим результатом изобретения является получение диэлектрических слоев на базе кремния для МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости, позволяющее получать МДП структуры малой площади при повышении выхода годных структур. 2 ил.
Наверх