Высокая плотность структурных дефектов является основной проблемой при изготовлении электроники на гетероструктурах «кремний на сапфире» (КНС). Современный метод получения ультратонких структур КНС с помощью твердофазной эпитаксиальной рекристаллизации позволяет значительно снизить дефектность в гетероэпитаксиальном слое КНС. В данной работе ультратонкие (100 нм) слои КНС были получены путем рекристаллизации и утонения субмикронных (300 нм) слоев кремния на сапфире, обладающих различным структурным качеством. Плотность структурных дефектов в слоях КНС оценивалась с помощью рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии. Кривые качания от дифракционного отражения Si(400), полученные в ω-геометрии, продемонстрировали максимальную ширину на полувысоте пика не более 0,19-0,20° для ультратонких слоев КНС толщиной 100 нм. Формирование структурно совершенного субмикронного слоя КНС 300 нм на этапе газофазной эпитаксии обеспечивает существенное уменьшение плотности дислокаций в ультратонком кремнии на сапфире до значений ~1 • 104 см-1. Тестовые n-канальные МОП-транзисторы на ультратонких структурах КНС характеризовались подвижностью носителей в канале 725 см2 Вс-1. The high density of structural defects is the main problem on the way to the production of electronics on silicon-on-sapphire (SOS) heteroepitaxial wafers. The modern method of obtaining ultrathin SOS wafers is solid-phase epitaxial recrystallization which can significantly reduce the density of defects in the SOS heteroepitaxial layers. In the current work, ultrathin (100 nm) SOS layers were obtained by recrystallization and thinning of submicron (300 nm) SOS layers, which have various structural quality. The density of structural defects in the layers was estimated by using XRD and TEM. Full width at half maximum of rocking curves (ω-geometry) was no more than 0.19-0.20° for 100 nm ultra-thin SOS layers. The structural quality of 300 nm submicron SOS layers, which were obtained by CVD, depends on dislocation density in 100 nm ultrathin layers. The dislocation density in ultrathin SOS layers was reduced by ~1 • 104 cm-1 due to the utilization of the submicron SOS with good crystal quality. Test n-channel MOS transistors based on ultra-thin SOS wafers were characterized by electron mobility in the channel 725 cm2 V-1 s-1.

The main technological problem in the manufacture of electronics on silicon-on-sapphire (SOS) wafers is the high density of defects in the epitaxial silicon layer. The modern method of obtaining ultrathin SOS wafers using solid-phase epitaxial recrystallization (SPER) and pyrogenic thinning that significantly reduce the defect density in these layers. Nevertheless, the influence of the defect density in submicron SOS layers on the structural quality of ultrathin SOS layers remains unclear. In this work, ultrathin (100 nm) SOS wafers were obtained by SPER of submicron (300 nm) SOS wafers with different structural quality. The crystallinity of 300 nm layers before the recrystallization process and ultrathin layers was determined by XRD and TEM. It was found that the smallest values of the FWHM 0.19-0.20° were observed for the ultrathin SOS layers obtained on the basis of 300 nm SOS wafers with the best structural quality. It was shown that the structural perfect near-surface Si layer, which serves as a seed layer in SPER process, and the double implantation regime allow to reduce the linear defect density in the ultrathin SOS layers by ~ 1×104 cm-1.