RU2139595C1 - Способ формирования структур "кремний на изоляторе" - Google Patents

Способ формирования структур "кремний на изоляторе" Download PDF

Info

Publication number
RU2139595C1
RU2139595C1 RU98105372/28A RU98105372A RU2139595C1 RU 2139595 C1 RU2139595 C1 RU 2139595C1 RU 98105372/28 A RU98105372/28 A RU 98105372/28A RU 98105372 A RU98105372 A RU 98105372A RU 2139595 C1 RU2139595 C1 RU 2139595C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
silicon
layer
thickness
structures
Prior art date
Application number
RU98105372/28A
Other languages
English (en)
Inventor
В.Д. Скупов
Ж.А. Кормишина
В.К. Смолин
И.А. Щербакова
Original Assignee
Научно-исследовательский институт измерительных систем
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт измерительных систем filed Critical Научно-исследовательский институт измерительных систем
Priority to RU98105372/28A priority Critical patent/RU2139595C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2139595C1 publication Critical patent/RU2139595C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

Использование: в области производства полупроводниковых приборов, стойких к воздействию дестабилизирующих факторов. Сущность изобретения: способ включает термокомпрессионное соединение окисленных рабочей кремниевой пластины с пластиной-носителем и абразивно-химическое утонение рабочей пластины до заданной толщины приборного слоя. Перед термокомпрессионным соединением в рабочей пластине путем циклического отжига в инертной среде формируют внутренний геттер и геттерируют от примесей и дефектов приповерхностный слой пластины на глубину не менее толщины приборного слоя. Технический результат: повышение качества приборных слоев структур "кремний на изоляторе" за счет снижения их дефектности. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области производства полупроводниковых приборов и может быть использовано для создания структур "кремний на изоляторе", предназначенных для изготовления дискретных приборов и интегральных схем, стойких к воздействию дестабилизирующих факторов, например, к радиации.
Известен способ формирования структур "кремний на изоляторе" путем глубокой имплантации ионов кислорода и(или) азота с большой (выше 1018 см-2) дозой в кремниевую пластину с последующим высокотемпературным отжигом, при котором в имплантированном слое протекают химические реакции образования диоксида, нитрида или оксинитрида кремния [1]. Образовавшийся диэлектрический слой изолирует тонкий приповерхностный слой кремния, в котором затем формируют приборные структуры (т. н. , приборный слой), от остальной части кремневой пластины, выполняющей роль пластины-носителя.
Основной недостаток способа [1] состоит в том, что для его реализации необходимо внедрение в кремний высоких (не менее стехиометрических) доз ионов кислорода (азота), достижение которых требует большой длительности облучения и сопровождается генерацией высокой концентрации радиационных дефектов, частично сохраняющихся после отжига и ухудшающих качество приборных слоев структур.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ формирования структур "кремний на изоляторе", включающий термокопрессионное соединение окисленных рабочей кремниевой пластины с пластиной-носителем и последующее абразивно-химическое утонение рабочей пластины до заданной толщины приборного слоя [2]. Термокомпрессионное соединение пластин с предварительно выращенным на них слоем диоксида кремния толщиной от долей до единиц микрометров обычно проводят при температурах 1200 - 1400 К, выдерживая их определенное время в сжатом состоянии при давлениях, не выше 0,1 ГПа. Затем одну из пластин (рабочую) склеенной структуры утоняют до заданной толщины, определяемой конструкцией полупроводникового прибора или интегральной схемы, путем последовательного абразивного шлифования, полирования и химико-механического полирования. Структуры, сформированные термокомпрессионным соединением пластин кремния через диэлектрический слой, широко используются для производства радиационно-стойких схем и изделий силовой микроэлектроники.
Недостатком способа [2] является высокая по сравнению с исходной концентрация структурных дефектов в приборном слое. Эти дефекты возникают при термокомпрессионном соединении пластин, но особенно интенсивно этот процесс протекает при абразивном утонении рабочей пластины, прежде всего, за счет трансформации исходных дефектов под действием локально больших механических напряжений в зоне контакта абразивных частиц с обрабатываемой поверхностью. В результате действия таких напряжений в приборном слое: увеличивается концентрация и размеры кластеров точечных дефектов; кластеры по мере роста превращаются в дислокационные петли; активируются процессы консервативного и неконсервативного размножения дислокации и т.д. В итоге, наличие дефектов приводит к ухудшению качества приборных слоев структур "кремний на изоляторе" и, в частности, к снижению радиационной стойкости интегральных схем, изготовленных на таких структурах.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение качества приборных слоев структур "кремний на изоляторе" за счет снижения их дефектности.
Технический результат достигается тем, что в способе формирования структур "кремний на изоляторе", включающем термокомпрессионное соединение окисленных рабочей кремниевой пластины с пластиной-носителем и абразивно-химическое утонение рабочей пластины до заданной толщины приборного слоя, перед термокомпрессионным соединением в рабочей пластине путем циклического отжига в инертной среде формируют внутренний геттер и геттерируют от примесей и дефектов приповерхностный слой пластины на глубину не менее толщины приборного слоя.
Новым, необнаруженным при анализе патентной и научно-технической литературы, в заявляемом способе является то, что перед термокомпрессионным соединением в рабочей пластине путем циклического отжига в инертной среде формируют внутренний геттер и геттерируют от примесей и дефектов приповерхностный слой пластины на глубину не менее толщины приборного слоя.
Технический результат при реализации заявляемого способа достигается благодаря тому, что сформированный циклической термообработкой в инертной среде внутренний геттер очищает от фоновых примесей (атомы металлов, кислорода и углерода) и дефектов, прежде всего, ростовых и технологических микродефектов - кластеров, приповерхностные области рабочей пластины до ее соединения с пластиной-носителем. Вследствие этого существенно снижается вероятность дефектообразования при термокомпрессионном соединении пластин, а главное, - при следующем утонении рабочей пластины. Поскольку по заявляемому способу при геттерировании очищается приповерхностный слой рабочей пластины на глубину не менее толщины приборного слоя, которая задается конкретной конструкцией создаваемого в нем прибора, то это обеспечивает низкую по сравнению с исходной остаточную дефектность, в частности, за счет подавления возможных каналов перераспределения (например, путем неконсервативного или консервативного перемещения) структурных дефектов. Проведение циклического отжига в инертной среде препятствует возникновению в кремнии новых дефектов, прежде всего, окислительных дефектов упаковки в приборном слое.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. По стандартным абразивным и химическим технологиям готовят поверхность кремниевых пластин до требуемого класса чистоты. После очистки пластин от продуктов обработки и загрязнений на их поверхности выращивают слой диоксида кремния, например, термическим окислением в атмосфере сухого кислорода. Толщину пленки диоксида кремния задают в соответствии с конкретной конструкцией создаваемого прибора и условиями его эксплуатации, т.е. сообразно требованиям по его стойкости к дестабилизирующим воздействиям. Далее в рабочих пластинах, т.е., на которых будут изготавливаться приборы, любым из известных методов циклической термообработки [3] формируют слой внутреннего геттера, очищающего приповерхностные слои пластин от фоновых примесей и дефектов. Внутренний геттер, состоящий из включений второй фазы, кластеров точечных дефектов и дислокационных петель, формируют, например, путем последовательного отжига пластин в инертной атмосфере (аргон, азот) сначала при высоких температурах 1370 - 1470 K (I стадия), затем при пониженных 1000 - 1100 K (II стадия) и вновь при повышенных 1370 - 1470 K (III стадия). Длительность отжига (обычно не менее 5 часов) на каждой стадии определяется предварительно экспериментально для каждого типа пластин, т.е. для конкретного примесно-дефектного состава исходного кремния, в зависимости от глубины очищенной геттером приповерхностной зоны, которая должна быть не менее толщины приборного слоя, задаваемой конструкцией изготавливаемого прибора. Все известные на сегодня варианты методов внутреннего геттерирования [3] позволяют в широких пределах варьировать степень очистки и глубину очищенной области в кремниевых пластинах за счет изменений температур и длительности циклического отжига на каждой из стадий. Число последних также может варьироваться в соответствии с технологической и экономической целесообразностью. Последнее означает, например, что последнюю стадию геттерирования можно совместить с операцией термокомпрессионного соединения рабочей пластины и пластины-носителя. После формирования внутреннего геттера осуществляют термокомпрессионное соединение пластин, например, в вакууме или температурах 1200 -1400 K при нормальной к поверхности нагрузке, не превышающей 0,1 ГПа, в течение 2 - 5 часов. Далее рабочую пластину утоняют до заданной конструкцией создаваемого прибора толщины путем последовательного абразивного шлифования, полирования и химико-механического полирования. После очистки полученных структур от загрязнений и контроля геометрических и физических параметров их передают на следующую операцию технологического маршрута изготовления интегральных приборов.
Пример практической реализации заявляемого способа.
Исследовали остаточную дефектность приборных слоев структур "кремний на изоляторе", изготовленных по способу-прототипу [2] и заявляемому термокомпрессионным соединением пластин кремния марки КДБ - 12 (001) с исходной толщиной 460 мкм. Основным типом дефектов в исходных пластинах были микродефекты, средняя плотность которых по результатам селективного химического травления в травителе Сиртла CrO3 : HF = 1:1 с надежностью 0,95 составляла (6,7 ±2,2) 105 см-2, а дисперсия по поверхности пластин -2,96 • 105 см-2. Измерения плотности микродефектов по числу ямок травления проводили не менее, чем по 20 полям зрения металлографического микроскопа.
Общими технологическими операциями при изготовлении обеих партий, содержащих 18 структур "кремний на изоляторе", были:
- абразивно-химическая подготовка поверхности исходных пластин по стандартной технологии;
- окисление при температуре 1300 K в потоке кислорода с чередованием сухой-влажный-сухой для выращивания пленки диоксида кремния на поверхность толщиной 1,5 - 1,8 мкм;
- термокомпрессионное соединение пластин в вакууме 10-4 мм рт.ст. при температуре 1270 K с выдержкой под нагрузкой 0,08 - 0,1 ГПа в течение 2 часов;
- абразивно-химическое утонение рабочей пластины, включающее обработку связанным абразивом АСМ 40/28 (съем материала 60%), алмазными пастами АСМ - 3 (съем - 20%) и АСМ-1 (съем - 10%) и финишную химико-механическую полировку щелочной суспензией аэросила до толщины приборного слоя 10 мкм;
- селективное травление в растворе Сиртла и определение плотности остаточных микродефектов в приборном слое на глубине 3,5 - 5,5 мкм.
Рабочие пластины структур, изготовленных по заявляемому способу, дополнительно перед термокомпрессионным соединением подвергали трехстадийному отжигу в потоке осушенного аргона сначала при температуре 1370 ± 20 K в течение 6 часов, затем при T = 1120 ± 20 K в течение 12 часов и на заключительной стадии - при T = 1370 ± 20 K в течение 8 и 20 часов. При отжиге на третьей стадии 8 часов глубина очищенной от микродефектов приповерхностной зоны рабочих пластин составляла 8 - 10 мкм, а при отжиге в течение 20 часов - 15 - 19 мкм. Средняя плотность микродефектов в очищенных областях (до термокомпрессионного соединения) по данным селективного травления составляла (7,51 ± 0,14) 103 см-2, а дисперсия 2,85 • 103 см-2. Результаты измерений плотности микродефектов в приборных слоях структур после термокомпрессионного соединения и абразивно-химического утонения приведены в таблице.
Как видно из данных, представленных в таблице, заявленный способ позволяет существенно снизить плотность остаточных микродефектов и их дисперсию в приборных слоях структур по сравнению со способом-прототипом. Причем наиболее эффективно снижение остаточной дефектности происходит в том случае, если глубина прогеттерированной, т. е. очищенной от термокомпрессионного соединения приповерхностной области рабочих пластин, превышает толщину приборного слоя.
Литература:
1. Кравченко В. М. , Будько М.С. Современное состояние КНД-технологии/ Зарубежная электронная техника. 1989, N 9 (340),с.17-19.
2. Уэбер С. Эффективные методы изготовления СБИС повышенной радиолокационной стойкости /Электроника, 1987, т.60, N 24, c.48-52. (прототип).
3. Немцев Г.З. Пекарев А.И., Чистяков Ю.Д. Очистка кремния от примесей с помощью внутреннего геттера /Микроэлектроника. 1983, т.12, вып.5, с.432-439.

Claims (1)

  1. Способ формирования структур "кремний на изоляторе", включающий термокомпрессионное соединение окисленных рабочей кремниевой пластины с пластиной-носителем и абразивно-химическое утонение рабочей пластины до заданной толщины приборного слоя, отличающийся тем, что перед термокомпрессионным соединением в рабочей пластине путем циклического отжига в инертной среде формируют внутренний геттер и геттерируют от примесей и дефектов приповерхностный слой пластины на глубину не менее толщины приборного слоя.
RU98105372/28A 1998-03-18 1998-03-18 Способ формирования структур "кремний на изоляторе" RU2139595C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98105372/28A RU2139595C1 (ru) 1998-03-18 1998-03-18 Способ формирования структур "кремний на изоляторе"

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98105372/28A RU2139595C1 (ru) 1998-03-18 1998-03-18 Способ формирования структур "кремний на изоляторе"

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2139595C1 true RU2139595C1 (ru) 1999-10-10

Family

ID=20203803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98105372/28A RU2139595C1 (ru) 1998-03-18 1998-03-18 Способ формирования структур "кремний на изоляторе"

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2139595C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2173914C1 (ru) * 1999-12-24 2001-09-20 Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ изготовления структур кремний-на-изоляторе
RU2193256C2 (ru) * 2000-11-13 2002-11-20 Научно-исследовательский институт измерительных систем Способ изготовления структур "кремний на изоляторе"
RU2320976C2 (ru) * 2002-06-03 2008-03-27 Джапан Сайенс Энд Текнолоджи Эйдженси Трехмерная структура, образованная тонкими кремниевыми проволоками, способ ее изготовления и устройство, содержащее ее
CN115241059A (zh) * 2022-07-04 2022-10-25 弘大芯源(深圳)半导体有限公司 一种生产具有吸气剂半导体结构的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0335741A2 (en) * 1988-03-31 1989-10-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Dielectrically isolated semiconductor substrate
US5327007A (en) * 1991-11-18 1994-07-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor substrate having a gettering layer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0335741A2 (en) * 1988-03-31 1989-10-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Dielectrically isolated semiconductor substrate
US5327007A (en) * 1991-11-18 1994-07-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor substrate having a gettering layer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Уэбер С. Эффективные методы изготовления СБИС повышенной радиолокационной стойкости. - Электроника, 1987, т. 60, N 24, с. 48-52. Кравченко В.М., Будько М.С. Современное состояние КНД-технологии. - Зарубежная электронная техника, 1989, N 9 (340), с. 17-19. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2173914C1 (ru) * 1999-12-24 2001-09-20 Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ изготовления структур кремний-на-изоляторе
RU2193256C2 (ru) * 2000-11-13 2002-11-20 Научно-исследовательский институт измерительных систем Способ изготовления структур "кремний на изоляторе"
RU2320976C2 (ru) * 2002-06-03 2008-03-27 Джапан Сайенс Энд Текнолоджи Эйдженси Трехмерная структура, образованная тонкими кремниевыми проволоками, способ ее изготовления и устройство, содержащее ее
CN115241059A (zh) * 2022-07-04 2022-10-25 弘大芯源(深圳)半导体有限公司 一种生产具有吸气剂半导体结构的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2671247B1 (en) Methods for reducing the metal content in the device layer of soi structures
EP1818971B1 (en) Method for producing direct bonded wafer
EP1158581B1 (en) Method for producing soi wafer
EP1635396B1 (en) Laminated semiconductor substrate and process for producing the same
KR100607186B1 (ko) 수소이온 주입 박리법에 의한 soi 웨이퍼 제조방법 및그 방법으로 제조된 soi 웨이퍼
US6313014B1 (en) Semiconductor substrate and manufacturing method of semiconductor substrate
WO2014152510A1 (en) Semiconductor-on-insulator wafer manufacturing method for reducing light point defects and surface roughness
JP2014508405A5 (ru)
KR19990044945A (ko) Soi 웨이퍼의 열처리 방법과 그 방법에 의해 열처리된 soi 웨이퍼
US8003494B2 (en) Method for producing a bonded wafer
RU2139595C1 (ru) Способ формирования структур "кремний на изоляторе"
JP2006210899A (ja) Soiウエーハの製造方法及びsoiウェーハ
JP4228419B2 (ja) Soiウエーハの製造方法およびsoiウエーハ
RU2265255C2 (ru) Способ получения структур кремний-на-изоляторе
KR100543252B1 (ko) Soi 기판
RU2137252C1 (ru) Способ изготовления структур "кремний на изоляторе"
JPH08293589A (ja) 半導体基板および半導体装置
RU2193256C2 (ru) Способ изготовления структур "кремний на изоляторе"
JP3452122B2 (ja) Soi基板の製造方法
KR19980077553A (ko) 접합형 에스.오.아이 웨이퍼 제조방법
RU2151446C1 (ru) Способ изготовления кремниевых структур со скрытым диэлектрическим слоем
US7253069B2 (en) Method for manufacturing silicon-on-insulator wafer
RU2240630C1 (ru) Способ изготовления кремниевых пленок
KR20030031616A (ko) 게터링 수단을 가진 단결정 실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법
KR20010016659A (ko) 퍼펙트 풀리 디플레션 본디드 웨이퍼의 제조방법

Legal Events

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

Effective date: 20050319