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Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.25673/3334
Title: Layer transfer of semiconductors and complex oxides by helium and/or hydrogen implantation and wafer bonding
Granting Institution: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Issue Date: 2003
Extent: Online-Ressource, Text + Image
Type: Hochschulschrift
Language: eng
Publisher: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
URN: urn:nbn:de:gbv:3-000005814
Keywords: Elektronische Publikation
Hochschulschrift
Waferbonden, Helium/Wasserstoffimplantation, Blasenbildung, Abblättern, GaAs, komplexen Oxiden
Zsfassung in dt. Sprache
wafer bonding, Helium/Hydrogen implantation, blistering, exfoliation, GaAs, complex oxides
Abstract: Die vorliegende Dissertation behandelt die physikalischen Grundlagen und die erarbeiteten materialwissenschaftlichen Ergebnisse zur Übertragung einkristalliner dünner Schichten von Galliumarsenid und einigen komplexen Oxiden auf ausgewählte Substrate mittels Helium- und/oder Wasserstoffimplantation und Waferbonden. Als erster Schritt wird ein Wafer mit Helium- oder Wasserstoffionen implantiert. Die typische Implantationsdosis liegt bei 1x1016 bis 1x1017 cm-2. Der implantierte Wafer wird dann bei Raumtemperatur auf einen Substratwafer gebondet. Eine erste Temperaturbehandlung erhöht zunächst die Festigkeit an der Bondgrenzfläche, und bei höherer Temperatur kommt es schliesslich zum Absprengen der dünnen implantierten Oberflächenschicht des einen Wafers und damit zu deren Übertragung auf den Substratwafer. Die Blasenbildung und das Absprengens von GaAs, einkristallinen Oxiden SrTiO3, LiNbO3, LaAlO3 und transparenten polykristallinen (Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT)-Keramiken durchWasserstoff - und/oder Heliumimplantation und anschliessendes Heizen wurden untersucht. Die durch die Implantationen erzeugten Defekte und deren Entwicklung bei Temperaturbehandlungen wurden mittels Querschnitts-Transmissionelektronenmikroskopie analysiert. Besondere Implantationsbedingungen induzieren grossflächiges Abblättern anstelle von Blasenbildung nach dem Heizen ungebondeter Wafer. Dieser Effekt, der erstmalig für He-implantiertes GaAs beobachtet wurde, ist mit einer schmalen Verteilung der Platelets nach der Implantation korreliert. Die anfängliche Verteilung von Platelets und Mikrorissen, die in He- und/oder H-implantierten Materialien entsteht, ist verantwortlich für die Rissentwicklung in der gestörten Schicht. Nach der Optimierung der Implantations- und Heizbedingungen für die Blasenbildung wurde die Schichtübertragung der untersuchten Materialien durch Waferbonden und Schichtabsprengen demonstriert. Dünne Schichten von GaAs auf Si wurden durch Absprengen erhalten und auch SrTiO3-Schichten wurden auf diese Weise übertragen. Es wurde gezeigt, dass nach dem Absprengen die übertragenen Schichten einkristallin bleiben. Über den originalen Smart-CutTM Prozess hinausgehend wurde eine neue He+H - Koimplantation angewendet, die zum Absprengen von einkristallinem GaAs und SrTiO3 bei relativ niedriger Temperatur (< 300°C) geeignet ist. Das Absprengen bei niedriger Temperatur ist besonders wichtig für die Schichtübertragung zwischen Materialien mit sehr verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie für prozessbehandelte Wafer, die temperaturempfndliche Bereiche enthalten.
The present thesis deals with the underlying physics and material science of the transfer of single crystalline layers of gallium arsenide and various complex oxides onto appropriate substrates using hydrogen and/or helium implantation and wafer bonding. Layer splitting is a generic process enabling potentially any type of single crystal layer to be transferred on any type of substrate. The first step is to implant either helium or hydrogen ions into a single-crystalline wafer frequently called device wafer. Typical implantation doses vary from 1x1016 to 1x1017 cm-2. The implanted device wafer is then bonded at room temperature (RT) to a host or handle wafer. The bonded pair is first annealed at a low temperature, to enhance the bond strength, followed by a higher temperature anneal to split the implanted layer and transfer it from the device wafer to the host wafer. Blistering and splitting processes of GaAs, single-crystalline SrTiO3, LiNbO3, LaAlO3 and transparent poly-crystalline (Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT) ceramic material was investigated for different implantation and annealing conditions. Formation of platelets and micro-cracks in as-implanted materials and their evolution with annealing was studied by cross section transmission electron microscopy. It was found that specific implantation conditions induce large area exfoliation instead of blistering after annealing of unbonded wafers. This effect, observed for the first time for He- implanted GaAs, is correlated to a narrow distribution of the platelets in as-implanted materials. The initial distribution of platelets and micro-cracks formed in He and/or H-implanted materials is responsible for the development of the cracking at the damaged layer. After optimizing the implantation and annealing conditions for blistering, layer transfer of investigated materials by He and/or H implantation and wafer bonding was demonstrated. Thin layers of GaAs on Si were obtained using the layer splitting approach and also thin SrTiO3 layers were transferred by this method. It was shown that after splitting the transferred layer remained single-crystalline. Beyond the original Smart-cutTMprocess, a new He+H co-implantation approach was developed for low temperature splitting (3. Low temperature splitting is of importance for layer transfer between dissimilar materials with very different thermal expansion coefficients as well as for processed wafers containing temperaturesensitive devices.
URI: https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/10119
http://dx.doi.org/10.25673/3334
Appears in Collections:Hochschulschriften bis zum 31.03.2009

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