(E-mail: Grafutin@vitep1.itep.ru; E-mail: pep@vitep1.itep.ru. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВЯЗЫВАНИЯ (СРАЩИВАНИЯ) ПРОТОНИРОВАННЫХ ПЛАСТИН КРЕМНИЯ С ГИДРОФИЛЬНЫМИ ПОДЛОЖКАМИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СТРУКТУР КРЕМНИЙ НА ДИЭЛЕКТРИКЕ, МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР Ge/Si, (Ge_xSi_1-x)/Si И ТОНКИХ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ, ГЕРМАНИЯ, ПОЛУПРОВОДНИКОВ A³B⁵ И A²B⁶ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НОВОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ОПТО-, НАНО- И МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ, СПЕЦИАЛЬНЫХ ИС И ПРИБОРОВ, МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, СЕНСОРОВ, ДАТЧИКОВ И СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (Полный текст доклада опубликован на сайте ИТЭФ: http://www.itep.ru/ Research programme. Раздел Low energy physics and chemistry. doc-file (in Russian). 2001. 67 с. ).

УДК 621.315.592 Код по ГРНТИ 47.09.29

Технология сращивания протонированных пластин кремния с поверхностью гидрофильных подложек с целью получения структур кремний на изоляторе

В.И.Графутин, А.Г.Залужный¹, Е.П.Прокопьев, В.Ф.Реутов², А.Л.Суворов, С.П.Тимошенков³, Б.Ю.Шарков, Ю.А.Чаплыгин³

ГНЦ Институт теоретической и экспериментальной физики

117259, Москва, В-259, ул. Б.Черемушкинская, 25

¹Московский государственный инженерно-физический институт (Технический университет)

115409, Москва, Каширскон шоссе,31

²Об`единенный институт ядерных исследований (ОИЯИ)

141980, Московская область, Дубна, ул. Жолио Кюри,6

³Московский государственный институт электронной техники (Технический университет)

103498, Москва, К-498, Зеленоград

Поступила в редакцию 2001 г.

Аннотация

Предложены модифицированная технология газового скалывания и модель связывания гидрофильных протонированных пластин кремния, которая позволяет увеличить прочность связывания при низких температурах отжига. Рассмотрены различные технологические стадии и схема процесса получения структур кремний на диэлектрике (КНИ), многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и и структур германий на изоляторе, полупроводниках и и др. во влажных условиях (включая и возможность использования химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания).

Содержание

Предисловие (О возможности развития в области высоких технологий)

Введение

А. Преимущества структур КНИ перед структурами на основе объемного кремния

В. Перспективы применения структур "кремний на изоляторе" (КНИ)

1.Технологическая схема производства структур кремний на диэлектрике, многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и и структур германий на изоляторе, структур кремний на полупроводниках и и др.в рамках smart-cut технологии в прямом сращивании пластин кремния и пластин кремния и германия во влажных условиях (включая возможность химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания)

2. Экспериментальные данные по очистке и окислению стандартных пластин кремния

2.1 Очистка пластин кремния в процессах полупроводникового производства

2.2 Окисление пластин кремния и германия

2.3. Процесс окисления кремния в структурах КНИ

4. Синергетический подход к процессу окисления

2.5. Возможность синергетического подхода к эволюции свойств структур КНИ

2. Теоретическое обоснование метода протонирования стандартных пластин кремния

3. Физико-химические основы smfrt-cut технологии

4.1.Стадия ядрообразования

4.2. Стадия роста

4.3. Стадия слипания

4. Отщепление

2. Особенности процесса сращивания стандартных пластин кремния между собой и пластинами изоляторов (стекла) и другими полупроводниковыми пластинами во влажных условиях (включая и метод молекулярного наслаивания) с использованием методов наблюдения выделения паров воды

3. Постановка задачи и предполагаемые решения проблемы активирования, гидрофилизации и сращивания поверхностей стандартных протонированных пластин во влажных условиях

7. Технология Гёзеля-Тонга связывания гидрофильных пластин во влажных условиях (включая и метод молекулярного наслаивания)

8. Экспериментальные данные по технологии газового скалывания получения структур КНИ с использованием методов термообработки поверхности во влажных условиях

9. Рассмотрение технологии процессов обработки

9.1. Поры для случая SiO₂// SiO₂ связывания пластин

2. Состояние сращенных пластин

9.3. Плоскостность пластин

9.4. Утоньчение и полировка сращенных пластин

9.5. Микродефекты сращенных структур

10. Радиационные свойства smart-cut структур КНИ

Заключение.

Список литературы

Реферат

Подписи к рисункам

Общий список работ

Предисловие (О возможности развития в области высоких технологий)

Время бросило вызов обществу в послевоенные годы, связанное с развитием атомной, ракетной и авиационно-космической промышленности. Это развитие, успешно осуществленное в стране, способствовало невиданному прогрессу во всех областях науки, техники и во многих отраслях народного хозяйства страны. В настоящее время дальнейшее развитие в атомной, ракетной и авиационно-космической областях, как и во всех областях науки и техники, во многом определяется прогрессом развития в области высоких технологий (в частности, в области опто-, нано- и микроэлектроники). Фактически – это новый вызов обществу. Он должен быть решен на основании опыта организационной и научно-технической работы в атомной, ракетной и авиационно-космической областях с использованием большого числа наработанных ядерных, ракетных и авиационно-космических технологий. Например, в развитых странах, таких как США, Германия, Англия, Япония и т.д.) доля высоких технологий в общем промышленноя потенциале достигает уровня   30-40 %. Возможно речь может идти о создании Государственного комитета или Комиссии.по высоким технологиям. Особая роль принадлежит спецмикроэлетронике, во многом определяющей политическую, экономическую и военную безопасность общества. К спецмикроэлектронике можно отнести новую элементную базу электронной отрасли, позволяющую создавать современные суперкомпьютеры, многие виды специальных приборов, интегральных схем, сенсоров, датчиков и микромеханических устройств для ядерной, ракетной, авиационно-космической и других отраслей. Это работа для многих научных и технических центров страны. Решение задач спецмикроэлектроники в дальнейшем может позволить развивать на мировом уровне отдельные отрасли коммерческой микроэлектроники.

Бондинг основных материалов электроники (например, получение структур кремний на изоляторе (КНИ) и структур германий на изоляторе, многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и на полупроводниках и и др., получение высококачественных тонких слоев монокристаллического кремния, полупроводников и на различных изолирующих подложках, в том числе стекле) , основанной на так называемой smart-cut технологии, – это хотя и частная, но важная задача электроники, находит широкое применение в разработке и производстве новой элементной базы опто-, нано- и микроэлектроники для создания современных суперкомпьютеров, специальных радиационно- и термостойких ИС, различного рода сенсоров, датчиков, микромеханических устройств и солнечных элементов для ядерной, ракетной и авиационно-космической и других отраслей.

Smart-cut технология [1-28] (относящаяся к технологиям газового скалывания в процессе термообработки, основанных на контролируемых использованиях следующих основных процессов: создание с помощью ионной имплантации микроскопических об`емных дефектов, содержащих водород; трансформация этих созданных дефектов посредством термообработок; скалывание тонкого слоя материала подложки по системам таких дефектов по всей площади пластины) получения структур кремний на диэлектрике (КНИ), многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и и структур германий на изоляторе, полупроводниках и и др. находит широкое применение в разработке и производстве новой элементной базы микроэлектроники и наноэлектроники, специальных радиационно- и термостойких ИС, различного рода сенсоров и датчиков. Эта же технология может быть использлвана для получения высококачественных тонких слоев монокристаллического кремния, полупроводников и на различных изолирующих подложках, в том числе стекле. Ниже предлагается физико-химическая модель сращивания гидратированных (гидроксилированных) поверхностей двух пластин кремния и пластин кремния и германия и других веществ. Для очистки и получения поверхности пластин кремния и германия с заданным химическим составом, их активирования и модифицирования предлагается использовать термообработку поверхности во влажных условиях (включая и химическую сборку поверхности [1-18]) и газового скалывания (smart-cut технология) [19-28]. Эти методы являются весьма перспективными для получения многослойных структур и структур с использованием прямого сращивания пластин кремния, пластин кремния и германия [3,4]. Известно [9-18], что группы и, полученные методом молекулярного наслаивания, полимеризуются при низких температурах с образованием сильных ковалентных,исвязей. Основываясь на этом явлении, предложены модифицированные модель и технология связывания гидрофильных пластин кремния и пластин кремния и германия, которая позволяет увеличить прочность связывания при низких температурах отжига. Рассмотрены различные технологические стадии и схема процесса производства структур кремний на изоляторе (структур КНИ), получения тонких монокристаллических слоев кремния на стекле с целью производства высококачественных солнечных элементов с к.п.д. ~ 14 15 % (причем приборная пластина кремния толщиной ~ 500 мкм может быть многократно использована (до нескольких десятков раз)) и структур германий на кремнии и изоляторе, а также структур на кремнии и изоляторе с использованием химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания. Проведенные нами успешные эксперименты по сращиванию окисленных поверхностей кремния и германия подтвердили выводы рассмотренной модели и модифицированной smart-cut технологии.