Способ формирования слоя гексагональной фазы кремния Российский патент 2024 года по МПК H01L21/20 

Область техники

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении светоизлучающих приборов на основе гексагональной фазы кремния, обеспечивающей эффективное возбуждение фотолюминесценции.

Предлагается метод формирования слоя гексагональной фазы кремния на пластине кремния. Способ включает в себя следующие этапы:

1. Формирование на поверхности монокристаллической пластины кремния слоя поликристаллического кремния.

2. Формирование на слое поликристаллического кремния слоя поликристаллического германия.

3. Отжиг получившейся структуры при температуре не ниже 600°С.

Уровень техники

На сегодняшний день известны способы формирования гексагональной фазы кремния на основе метода ионной имплантации, патенты РФ: ИЗ №2710479 дата приоритета: 05.04.2019 г. «Способ формирования гексагональной фазы кремния путем имплантации ионов криптона в пленку оксида кремния на пластине монокристаллического кремния», Технический результат от использования предлагаемого способа формирования гексагональной фазы кремния - повышение эффективности формирования указанной фазы за счет повышения технологичности указанного формирования в результате его упрощения (исключения необходимости образования в на втором этапе способа - прототипа (при отжиге) включений нитрида галлия для формирования в подповерхностном слое пластины гексагональной фазы кремния) в условиях образования гексагональной фазы кремния без появления в его слое нежелательных примесных атомов в связи с имплантацией их ионов, обеспеченных имплантацией ионов криптона в пленку оксида кремния, предварительно полученную на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния, и повышения при этом заполнения подповерхностного слоя пластины самой фазой при высокой стабильности и однородности указанного заполнения за счет экспериментально обнаруженных предлагаемых режимных параметров имплантации ионов криптона. Недостатком №2710479 является привлечение дополнительных материалов в виде ионов криптона.

ИЗ №2687087 «Способ формирования гексагональной фазы кремния» дата приоритета: 12.07.2018 г. Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении светоизлучающих приборов на основе гексагональной фазы кремния, обеспечивающей эффективное возбуждение фотолюминесценции, достаточно больших механических напряжений, создающих энергетические условия преобразования в нем алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в его гексагональную фазу, что приводит к снижению эффективности формирования гексагональной фазы кремния, что является недостатком является ИЗ №2687087.

Технический результат предлагаемого способа формирования гексагональной фазы кремния получение стабильного однородного по толщине и структуре слоя гексагонального кремния. Отклонение толщины слоя от среднего значения не превышает 10%. При этом в слое содержат только фазы кремния кроме фазы 9R.

Сущность изобретения

Для достижения указанного технического результата в способе формирования фазы гексагонального кремния путем имплантации в изготовленную из алмазоподобного монокристаллического кремния пластину ионов, имеющих атомный радиус, превышающий атомный радиус кремния, и образующих в результате указанной имплантации в алмазоподобном монокристаллическом кремнии пластины включения, инициирующие возникновение в нем повышенных механических напряжений, создающих энергетические условия преобразования алмазоподобной фазы монокристаллического кремния в его гексагональную фазу, и для повышения стабильности возникновения в алмазоподобном монокристаллическом кремнии упомянутой пластины зоны повышенных механических напряжений производят имплантацию ионов азота и галлия через предварительно полученный на поверхности исходной пластины тонкий слой нитрида кремния толщиной, с одной стороны, не препятствующей прохождению сквозь слой имплантируемых ионов галлия и азота, с другой стороны достаточной при подобранной энергии имплантации для запирания под ним в прилегающем к указанному слою нитрида кремния подповерхностном слое алмазоподобного монокристаллического кремния указанной пластины имплантированных ионов азота и галлия с образованием ими при последующем отжиге пластины в указанном подповерхностном слое включений нитрида галлия, приводящем к стабильному формированию в этом слое гексагональной фазы кремния с повышенными заполнением этого слоя указанной фазой.

Способ получения гексагональной фазы кремния осуществляется следующим образом на поверхности пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния с ориентацией его кубической структуры (100), получают слой поликристаллического кремния при помощи метода молекулярно-лучевой эпитаксии. Пластина кремния предварительно отжигается при температуре 1000°С в течении 20 минут. В качестве источника кремния используется резистивно-нагреваемый брусок из кремния. Как правило, температура источника выбирается в диапазоне 1250-1350°С и влияет на скорость роста слоя кремния. Уменьшение температуры приводит к существенному снижению скорости роста, а при более высоких температурах увеличивается риск «поломки» источника. Влияние температуры источника в пределах указанного диапазона на структуру слоя кремния не выявлено.

Далее при помощи метода молекулярно-лучевой эпитаксии на поверхности поликристаллического слоя кремния формируется слой германия. В качестве источника германия может быть использован, например, система, описанная в патенте РФ на полезную модель 165625 «Графитовый испаритель для вакуумной эпитаксии германия». Для того чтобы обеспечить последовательное формирование слоя кремния и слоя германия в одной ростовой системе применяется, например, Резистивный испарительный блок для вакуумной эпитаксии кремний-германиевых гетероструктур (патент РФ 179740). Для крепления пластины кремния может применяться, например, Узел фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере (варианты) (патент РФ 2723477). Данные структуры были получены на установке УВН-83П1. В процессе формирования структур, давление в ростовой камере не превышало 10-6 Торр.

В дальнейшем проводился отжиг получившейся структуры. В частности, температура отжига составляла 800°С. На рис. 1 показан снимок в просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) поперечного среза получившейся структуры. Толщина слоя гексагональной фазы кремния составила 140 нм. Толщина слоя может варьироваться путем изменения скорости и времени роста слоя кремния.

Идентификация фазы 9R производилась следующим методом: При помощи Фурье-преобразования строилась дифракционная картина от слоя Si на ПЭМ снимке высокого разрешения. Далее рассчитывалось расстояние между соседними рефлексами и вычислялись межплоскостные расстояния. Рассчитанные межплоскостные расстояния соответствуют фазе кремния 9R. На рис. 2 представлено электронно-микроскопическое изображение фрагмента гексагонального слоя кремния граничащего с поверхностью пластины, изготовленной из алмазоподобного монокристаллического кремния и дифракционная картина данного слоя.

Предлагаемый способ обеспечивает стабильное формирование сплошного слоя гексагонального кремния на поверхности алмазоподобного монокристаллического кремния. При этом слой однороден по толщине - разброс толщины слоя не превышает 10%.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении светоизлучающих приборов на основе гексагональной фазы кремния, обеспечивающей эффективное возбуждение фотолюминесценции. Способ формирования слоя гексагональной фазы кремния на пластине кремния включает в себя следующие этапы: формирование на поверхности монокристаллической пластины кремния слоя поликристаллического кремния, при помощи метода молекулярно-лучевой эпитаксии, с последовательным формированием слоя кремния и слоя германия в одной ростовой системе, с дальнейшим отжигом получившейся структуры при температуре не ниже 600°С, при этом формируются сплошные слои гексагональной фазы кремния структурного типа 9R. Изобретение обеспечивает стабильное формирование сплошного слоя гексагонального кремния на поверхности алмазоподобного монокристаллического кремния, при этом слой однороден по толщине – разброс толщины слоя не превышает 10%. 1 ил.

Способ формирования слоя гексагональной фазы кремния на пластине кремния, включающий в себя следующие этапы: формирование на поверхности монокристаллической пластины кремния слоя поликристаллического кремния, при помощи метода молекулярно-лучевой эпитаксии, с последовательным формированием слоя кремния и слоя германия в одной ростовой системе, с дальнейшим отжигом получившейся структуры при температуре не ниже 600°С, отличающийся тем, что формируют сплошные слои гексагональной фазы кремния структурного типа 9R.