3. Теоретическое обоснование метода протонирования стандартных пластин
В 1983 году был предложен способ получения кремниевых подложек и формирования тонких монокристаллических пленок из кремния и германия, методом так называмого «газового скалывания» (Smart-cut технология) (см. [2,3]). В его основу положено формирование заглубленного слоя, легированного газовыми атомами, путем облучения соответствующими ионами газовых элементов (Н, Не и т.п.) [2,3]. При соответствующих температурах облучения или послеимплантационного отжига, в этом слое формируются газовые поры, вызывающие объемные изменения легированного слоя. Следствием этого является возникновение в нем напряжений, превышающих предел прочности материала и, естественно, вызывающее хрупкое скалывание материала вдоль линии проективного пробега ионов. Изменяя энергию газовых ионов можно легко варьировать толщину скалываемой монокристаллической пленки. Послерадиационный отжиг данной пленки способствует уничтожению радиационно-индуцированных повреждений.
Методика
расчета глубины слоя, в котором формируются
газовые поры, приведена, например, в
[2-4]. Где проекция пробега протонов
- в м; а его начальная энергия Е – в Дж.
Отметим, что формула в [2,3] пригодна для
оценок
как для протонов, так и ионов гелия и
других ионов.
Когда начальная энергия движущихся протонов достаточно велика, то имеем случай преобладания электронного торможения. При этом проекция пробегов протонов для мишени из кремния
(44)
Эта
формула пригодна для оценок максимальной
длины
быстрых бомбардирующих протонов в
мишенях из кремния при отсутствии
каналирования. Например, при энергии
падающих протонов 1,4·10-14
Дж
м = 0,6 мкм (1 эВ =1,6·10-19
Дж). Радиационные нарушения в мишени
кремния создаются главным образом
тогда, когда торможение на ядрах превышает
электронное торможение. Поэтому при
внедрении протонов малых энергий
радиационные дефекты образуются вдоль
всей траектории, а при высокой энергии
протонов – только в конце их пробега
(!). Отметим, что более точные расчеты
величин
и профилей внедрения протонов и ионов
гелия в кремний может быть сделан на
основании теоретических расчетов в
[31].
Важная особенность «газового скалывания» монокристаллических пленок кремния и германия (по-видимому, всех кристаллических хрупких материалов) состоит в том, что используются наиболее эффективные источники легких ионов. При этом:
исключается высокодозная имплантация тяжелых ионов, в частности, О2 и высокотемпературный послеимплантационный отжиг для синтеза заглубленного окисного слоя;
исключаются сложные и трудоемкие технологические процедуры формирования «стоп слоя» и химического утончения;
нет ограничений к типам полупроводников.
Ниже рассмотрены различные технологические стадии и исследование процесса производства структур КНИ и структур кремний на германии прямым сращиванием пластин во влажных условиях (включая использование химической сборки поверхностей методом молекулярного наслаивания).
4. Физико-химические основы smurt-cut технологий
Smart-cut технология создания структур КНИ и структур кремний на германии основана на контролируемом использовании следующих основных процессов: создание путем ионной имплантации пластинчатых дефектов (ПД), содержащих водород; преобразование этих дефектов путем термообработки; скалывание тонкого слоя материала по системе таких дефектов на всей площади пластины. Вкратце рассмотрим современные представления об этих процессах [32,33]. В пером приближении ПД можно рассматривать как микротрещины, поверхность которых насыщена водородом, создающим Si-H связи, а во внутреннем пространстве содержится водород. Процесс образования пластинчатых дефектов можно рассматривать как преципитацию водорода из пересыщенного раствора в кремнии и германии, сопровождаемую дополнительными химическими и физическими взаимодействиями. Согласно теоретическим представлениям, процесс преципитации состоит из стадий ядрообразования, роста и слипания (коагуляции). Рассмотрим эти стадии.