Применение IT в модернизации Smart-cut метода формирования структур Кремний-на-изоляторе Выполнил: Козлов Андрей Викторович Руководитель: к.ф.-м.н. Чваркова Ирина Леонидовна Консультант: профессор Комаров Фадей Фадеевич Минск 2011 Белорусский Государственный Университет Факультет Радиофизики и Электроники 1

Цели и задачи Оптимизация режимов формирования КНИ: Уменьшение дефектов рабочего слоя кремния Уменьшение дозы имплантируемых атомов 2

Преимущества КНИ структур по сравнению с технологией монолитного кремния Повышенная радиационная стойкость Увеличенное быстродействие и/или снижение энергопотребления Плотность упаковки увеличивается на % Упрощение технологического процесса изготовления устройств на базе КНИ Увеличение предельной рабочей температуры 3

Введение в КНИ структуры Кремний на изоляторе (КНИ) (англ. Silicon on insulator, SOI) технология изготовления полупроводниковых приборов, основанная на использовании трёхслойной подложки со структурой кремний-диэлектрик- кремний 4

Технологии изготовления Ионное внедрение Сращивание пластин Smart-cut метод 5

Формирование КНИ-пластины методом Smart-cut 1. Отбор пластин отклонение от плоскостности < 5 мкм прогиб < 10 мкм 2. Создание структур SiO 2 /Si температуры термообработки °С среда термообработок сухой O 2, O 2 +Н 2 O толщины окисла на пластинах нм 3. Ионная имплантация ионы H 2 + дозы имплантации 4-5x10 16 ион/см 2 ток в пучке мкА энергия кэВ температура 50 °C 6

Формирование КНИ-пластины методом Smart-cut 4. Очистка поверхностей и соединение пластин Комбинированный метод подготовки гидрофильных поверхностей пластин - сочетание процедур плазменной обработки, химической и гидромеханической очистки Отработана оригинальная методика подготовки химически чистых оксидированных поверхностей пластин с высокой степенью гидрофильности Контроль качества связывания осуществлялся на просвет в ближнем ИК-диапазоне электромагнитного излучения. 5. Термообработки Низкотемпературный отжиг °С, до 24 часов Скол по дефектному слою °С, 5-60 минут Финишный отжиг °С, минут 7

Тестовый образец структуры КНИ ПЭМ фотография сечения КНИ-пластины (А) и ОЖЕ-профиль элементного состава (Б) Шероховатость поверхности не превышает 7,5 нм. 8

Модернизированный smart- cut метод При ионной имплантации использовались 2 сорта атомов: Атомы Водорода (H): образуют дефекты в виде пластин Атомы Гелия(He): образуют дефекты в виде пузырей Были уменьшены дозы имплантированных атомов: 2x10 16 ион/см 2 Остальные операции остались без изменений 9

Модернизированный smart-cut метод Толщина слоя оксида кремния 0.2 мкм доза 2Е16 ат/см 2 Энергия 75КэВ Распределение по глубине ионов водорода 10

Модернизированный smart-cut метод Распределение по глубине ионов водорода и профиль вакансий для подложки Энергия имплантируемых ионов водорода 75 к Эв 11

Модернизированный smart-cut метод Распределение по глубине ионов гелия и профиль вакансий для подложки Энергия имплантируемых ионов гелия 90 к Эв 12

Модернизированный smart-cut метод Сравнение распределений для ионов водорода с энергией 75 к Эв и гелия 90 к Эв 13

Модернизированный smart- cut метод Эффект блистеризации на поверхности подложки после имплантации атомов водорода Наблюдение производилось при помощи интерферометра клиника МИИ-4 14

Заключение Были получены и изучены тестовые образцы пластин после внедрения ионов водорода Оптимизирован режим формирования КНИ: Уменьшение дефектов рабочего слоя кремния Уменьшение дозы имплантируемых атомов Подготовлена теоретическая база для дальнейших исследований на базе НПО «Интеграл» 15

Спасибо за внимание! 16