УДК 621.315.592
ТИМОШЕНКОВ С.П., ГРАФУТИН В.И.,
ДЬЯЧКОВ С.А., ПРОКОПЬЕВ Е.П.
ПРЯМОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПЛАСТИН КРЕМНИЯ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХИМИЧЕСКОЙ СБОРКИ
ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОГО
НАСЛАИВАНИЯ
Московский институт электронной техники (Технический университет), 103498, Москва, К-498,
тел.: (095) 5329962, e-mail: timoshenkov@mail.ru
Структуры кремний на изоляторе в последние годы чаще всего получают
методом прямого соединения окисленных поверхностей пластин кремния с
последующим утонением одной из пластин до требуемой толщины
монокристаллического слоя кремния [1]. В процессах соединения кремниевых
пластин очень важно состояние соединяемых поверхностей, их химический состав.
В некоторых случаях необходимо активирование и модифицирование таких
поверхностей. Ниже для этой цели предлагается использовать процесс прямого
соединения пластин кремния с использованием химической сборки поверхности
методом молекулярного наслаивания [2,3]. Основная идея этого метода, пригодного
для прецизионного "синтеза поверхности" пластин с известным составом и ее
модифицирования, состоит в последовательном наращивании монослоев
структурных единиц заданного химического состава. Технология прямого
соединения пластин в этом случае состоит в сращивании двух окисленных
поверхностей пластин кремния с заданными толщинами окисла SiO2 на каждой из
них. Первоначальной задачей является насыщение сращиваемых поверхностей ОН-
группами на атомах кремния. Каждый поверхностный атом кремния может
присоединять одну или две ОН-группы. Этот "монослой" ОН-групп может быть
сформирован в специальном реакторе при попеременной обработке поверхности
кремниевых пластин парами воды и SiCl4 в инертном газе-носителе при
температуре Т ≥ 200 0С. Такого типа термообработка приводит к образованию слоев

SiO2 и гидроксилированной поверхности с функциональными группами вида ( Si-
OH) или (=Si=(OH)2.
На рисунке приведен технологический маршрут изготовления КНИ структур
методом отслаивания с использованием процессов прямого соединения пластин
кремния и химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания.
Согласно этому маршруту в методе прямого сращивания вместо технологии
шлифовки и травления для утонения одной из пластин использу-
Очистка
(окисление)
Имплантация
Исходная (рабочая)
Исходная (рабочая)
Исходная (рабочая)
пластина
пластина
пластина
Активация поверхности пластин
(молекулярное наслаивание)
Опорная
Исходная (рабочая)
пластина
пластина
Si
SiO2
Si
Сращивание
Термообработка
Полирование
Рис. Прямое связывание пластин кремния с использованием химической сборки поверхности
методом молекулярного наслаивания и технологии отслаивания при получении КНИ структур.
ется технология отслаивания (отщепления) части рабочей пластины кремния
по области пористого слоя, образованного посредством имплантации протонов на
заданную глубину в пластину кремния. Пористый слой включает в свой состав
наполненные водородом нанопоры, созданные имплантацией протонов в слое
кремния через тонкую пленку SiO2 или пористого слоя кремния, полученного
электрохимическим методом. В последнем случае на поверхности пористого
кремния выращивается эпитаксиальный слой необходимой толщины, который
после прямого соединения с опорной пластиной в последующем отслаивается
(отщепляется) посредством термообработки или часть рабочей пластины после
соединения с опорной пластиной удаляется до эпитаксиального слоя с

использованием механических (химико-механических) методов. Был также
использован процесс отслаивания слоя кремния с помощью имплантации ионов
водорода. В этом случае общая схема производства КНИ структур в прямом
сращивании пластин кремния с использованием химической сборки поверхности
методом молекулярного наслаивания соответствуют технологической схеме,
изображенной на рисунке. В специально окисленную рабочую пластину кремния
(толщина оксида несколько сотен ангстрем) вначале производится имплантация
протонов с дозой облучения порядка (1-8)·1016 см2 и энергией 100-150 кэВ. Пленка
SiO2 представляет собой защитный слой при имплантации, уменьшающий
количество дефектов и примесей в приграничной области. В дальнейшем она
удаляется. Опорная пластина кремния подвергается термическому окислению до
толщины оксида (0,2-0,4 мкм), необходимого для производства конечной КНИ
структуры. После специальной очистки и активации с целью гидрофилизации
методом молекулярного наслаивания поверхности пластин соединяются
планарными сторонами друг к другу и прижимаются. Термообработка этой пары
приводит к связыванию пластин кремния с одновременным отслаиванием по слою,
где находится в нанопорах имплантированный водород. В таком процессе тонкая
пленка кремния переходит с рабочей пластины на окисленную поверхность опорной
пластины. В дальнейшем КНИ структура подвергается кратковременному отжигу
при 11000 С, в результате чего удаляются созданные в процессе имплантации
радиационные дефекты и водород. Полученный таким образом тонкий слой
полируется. Отметим, что приведенное описание маршрута технологического
процесса производства КНИ структур методом прямого сращивания с
использованием химической сборки поверхности методом молекулярного
наслаивания во многом подобна современным технологическим процессам
производства КНИ структур [1].
Для исследования электрофизических свойств КНИ структур обычно
используются методы измерения вольт-фарадных характеристик, эффекта Холла и
точечно-контактного транзистора (РСТ). Структурные свойства изучаются
методами микроскопии (ТЕМ, SEM), масс-спектроскопии вторичных ионов (SIMS),

обратного резерфордовского рассеяния (RBS) и позитронной аннигиляционной
спектроскопии (PAS).
1.
Tong Q.-Y., Gsele U. Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology.
Wiley, New York. 1998.
2.
Алесковский В.Б. Химия надмолекулярных соединений. Учеб. пособие. Спб:
Изд-во С.- Петербург. ун-та, 1996. 256 с.
3.
Прокопьев Е.П., Тимошенков С.П. Возможность прямого соединения пластин
кремния с использованием химической сборки поверхности методом
молекулярного
наслаивания.
Материаловедение.
1999.
4.
С. 49-51.