Координатор: акад. Кругляков Э. П.
Исполнители: ИЯФ, ИФП СО РАН
Целью проекта является разработка перспективной технологии формирования пластин кремния со скрытым слоем двуокиси кремния, полученным с помощью имплантации ионов кислорода в кремний и последующего высокотемпературного отжига. Эта технология, называемая SIMOX (Separation by IMplanted OXygen), активно развивается в последние годы на Западе. Суть технологии иллюстрируется ниже, ее конечным результатом является формирование сверхтонкого слоя кремния на изолированной подложке.
В рамках проекта предполагалось:
разработать проект полномасштабного ускорителя ионов кислорода на 200 кВ и 50 мА, создать его основные элементы и протестировать их в “макетном” режиме;
определить основные особенности процесса перераспределения атомов кислорода, введенных в кремний путем имплантации при комнатной температуре, в процессе отжига в диапазоне температур 700—1200 ° С;
выявить влияние цикла аморфизация—рекристаллизация на перераспределение атомов кислорода на начальных стадиях реакции твердофазного синтеза двуокиси кремния;
оценить с помощью моделирования особенности нестационарного и локализованного по толщине пластины разогрева пучком ионов высокой мощности (более 1 кВт).
В результате проведенных исследований по технологии синтеза скрытого слоя двуокиси кремния установлено, что в процессе отжига в диапазоне температур 700—1200 °С происходит постепенное перераспределение внедренных атомов кислорода из аморфизированной области начального распределения ионов в глубину к ее границе с неповрежденным монокристаллом (рис. 1).
 |
 |
|
Рис. 1. Профиль распределения кислорода, имплантированного в кремний с энергией 120 кэВ дозой 2*1016 см-2. Fig. 1. Spatial distribution of oxygen implanted into silicon at 120 keV energy with dose 2 * 1016 cm-2. | |
Обнаружено, что снижение степени дефектности нарушенного имплантацией слоя как за счет уменьшения дозы внедрения на порядок, так и за счет предварительного сверхвысокого уровня (2 ´ 1020 см–3) легирования бором приводит к неоднородности по толщине нарушенной имплантацией области, вследствие чего зависимость распределения внедренных атомов кислорода от глубины превращается в осциллирующую функцию (рис. 2).
 |
Рис. 2. Профиль распределения кислорода, имплантированного в сильно легированный бором (2 * 1020 см-3) кремний с энергией 200 кэВ дозой 3 * 1015 см-2, на ранней стадии зарождения фазы двуокиси кремния. Fig.2. Spatial distribution of oxygen implanted into strong Bor doped (2 * 1020 сm-3) silicon at 200 keV with dose 3 * 1015 сm-2, at an early stage of origin of a phase of dioxide of silicon. |
Моделирование показало, что процесс имплантации ионами кислорода с мощностью в пучке до 10 кВт создает в пластине толщиной 300 мкм вблизи поверхности нестационарное температурное поле, в результате чего возможно возникновение узкой области, в которой состояние кристалла близко к плавлению.
Таким образом, зарождение частиц новой фазы при твердофазном синтезе скрытого слоя двуокиси кремния может происходить не только по известному механизму распада пересыщенных твердых растворов (гомогенное зарождение), но и за счет накопления примеси в плоскостях, сформированных в процессе имплантации за счет сопутствующих эффектов (аморфизации—рекристаллизации, предплавления).
Для обеспечения создаваемой технологии разработан проект технологического имплантера ионов кислорода на энергию до 200 кэВ с током до 100 мА, разработана, изготовлена и проходит испытания в режимах малых токов (до 10 мА) первая секция имплантера на энергию до 60 кэВ с током до 50 мА (рис. 3). Разработан, изготовлен и испытан источник доускоряющего напряжения на 130 кВ с током до 100 мА. Разработан, изготовлен и испытан магнитный сепаратор, поворачивающий пучок ионов кислорода на 90°
 |
Рис. 3. Секция имплантера на энергию до 60 кэВ. Fig.3. Photo of 60 keV - implanter section. |
Найдены экономичные решения по созданию приемной камеры имплантера с системой развертки ионного пучка и барабаном на восемь кремниевых пластин.
Проведенные исследования показали, что выбранные технические и технологические решения являются вполне адекватными поставленной задаче.
Список основных публикаций
 Оглавление |
Далее 
|