Smart-cut process

Следующим революционным прорывом явилось объединение в начале 2000-х годов технологии прямого твердофазного сращивания с ионной имплантацией водорода в Smart Cut процессе (см. рис.16).

В этой технологии вначале рабочая пластина высококачественного монокристаллического кремния подвергается ионной имплантации водорода. Параллельно на пластине-подложке заранее выращивается термический окисел для получения в дальнейшем хорошего интерфейса Si/SiO₂. Иногда применяют метод, при котором исходная рабочая пластина предварительно термически окисляется перед ионной имплантацией, а затем сращивается с окисленной или неокисленной пластиной- подложкой. На следующем этапе проводится твердофазное прямое сращивание рабочей пластины и пластины, выполняющей роль подложки. Для проведения твердофазного прямого сращивания как обычно обе пластины гидрофилизуют, приводят в контакт и проводят первый отжиг при температуре 400-600 ^оС.

Имплантированный водород является элементом способным разрушать структуру пластины. Он делает кремний ломким уже при комнатной температуре. Это обусловлено тем, что водород вызывает в кремнии образование микротрещин, лежащих параллельно имплантированной поверхности. Заполнение микротрещин достаточным количеством водорода ведет к образованию макротрещин и пузырей, распространяющихся параллельно сращенному интерфейсу. В результате при термообработке слой кремния, содержащий имплантированные ионы водорода откалывается от рабочей пластины. Толщина слоя монокристаллического кремния, отколотого от рабочей пластины соответствует глубине проникновения ионов водорода в пластину в процессе отжига.

Для упрочнения связи между подложкой и перенесенным слоем кремния проводят дополнительный отжиг при 1100 ^оС. Поскольку ионы водорода это протоны, имеющие малую массу и размер, слои, подвергшиеся имплантации имеют незначительную атомную разупорядоченность, что приводит к низкой плотности дефектов в рабочих слоях. При высокотемпературном отжиге, проводимом после расщепления рабочей пластины дефекты отжигаются и их плотность в рабочей структуре снижается до нормальных значений. На заключительном этапе рабочая пластина слегка полируется.

Ионная имплантация водорода в Smart Cut процессе играет роль атомного скальпеля, делая возможным перенос ультратонких слоев монокристаллического кремния с пластины-донора на поверхность пластины-подложки. Из данных таблицы 2 видно, что изменяя энергию ионов водорода можно исключительно тонко регулировать толщину формируемых рабочих слоев в широких пределах. Важным моментом является то, что кристаллическое совершенство пластины-подложки может быть достаточно низким. Таким образом, высококачественный кремний расходуется очень экономно.

Таблица 2

Энергия имплантируемых ионов Н+, кЭв	Толщина перенесенного слоя Si, мкм
	0.1
	0.5
	0.9
	1.2
	1.6
	4.7
	13.5

В результате удается формировать слои толщиной 0.1 мкм на пластинах диаметром 300 мм. С помощью метода Smart Cut производятся приборы, рабочим элементом которых служит ультратонкая кремниевая мембрана – микроэлектронные приборы (microelectronic systems) и микромеханические системы (microelectromechanical systems – MEMS), а также трехмерные (three-dimensional-3D microcomponents). Исторически одним из наиболее ранних применений метода Smart Cut было изготовление сенсоров давления и акселерометров. Однако наиболее широко этот метод используется для изготовления МОП-транзисторов и биполярных транзисторов с тонкой базой.

Новый метод открывает возможность воспроизводимого получения бездефектных рабочих слоев кремния различной толщины с минимальным разбросом по удельному сопротивлению и толщине и надежной диэлектрической изоляцией за счет термически выращенного разделительного окисла. Все это должно повысить высоковольтность, быстродействие и радиационную стойкость СБИС.

Новый технологический метод открывает широкие возможности изготовления многослойных композиций, содержащих не только кремний, но и другие полупроводниковые материалы, с целью использования каждого из них при разработке приборов различного назначения.

ВОПРОСЫ:

1. Механизм твердофазного прямого сращивания гидрофильных кремниевых поверхностей.

2. Энергия связи сращенных пластин и ее зависимость от различных факторов.

3. Требования к качеству сращиваемых поверхностей.

4. Smart-Cut process.

Дата добавления: 2014-10-15