Сложность оптимизации технологического режима гетероэпитаксии является важным сдерживающим фактором использования структур кремния на сапфире (КНС). С целью устранения данного технологического барьера в работе проведено исследование процесса газофазного формирования начального слоя кремния на R-плоскости сапфира. Параметры изготовленных слоев проанализированы с помощью производственных методов контроля качества, а также методов РСА, РЭМ и СКР. Получены профили распределения удельного сопротивления методом сопротивления растекания (SRP). Показано, что проведение начальной стадии роста при температуре 910–930 °С приводит к уменьшению автолегирования слоя кремния алюминием из подложки. Термообработка начального слоя, сформированного при температуре 945–965 °С, позволяет получать структуры КНС высокого структурного качества в широком диапазоне температур осаждения основного слоя ( 960–1005 °С). Сравнение структур КНС, полученных при оптимальных параметрах разработанного режима и в стандартном процессе, показало снижение ширины кривой качания до ~0,24°, уменьшение механических напряжений сжатия до 0,8–1,96 ГПа, однородность профиля удельного сопротивления до глубины 180–350 нм. Применение разработанных технологических режимов позволяет значительно повысить однородность контрольных параметров КНС в одном процессе, что повышает производительность процесса изготовления.
-
Ключевые слова:
кремний на сапфире, эпитаксия, гетероэпитаксия, газофазная эпитаксия, кремний на диэлектрике, начальный слой, температура осаждения, термообработка, отжиг
-
Опубликовано в разделе:
Технологические процессы и маршруты
-
Библиографическая ссылка:
Федотов С.Д., Соколов Е.М., Стаценко В.Н., Ромашкин А.В., Тимошенков С.П. Исследование технологических режимов газофазного формирования начального слоя кремния на сапфире // Изв. вузов. Электроника. – 2018. – Т. 23. – № 5. – С. 454–467. DOI: 10.24151/1561-5405-2018-23-5-454-467.
Федотов Сергей Дмитриевич
АО «ЭПИЭЛ», г. Москва, Россия; Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
1. Kaya T., Koser H., Culurciello E. Low-voltage temperature sensor for micropower har-vesters in silicon-on-sapphire CMOS // Electronics letters. – 2006. – Vol. 42. – No. 9. – P. 526–528.
2. Galchev T., Welch W.C., Najafi K. Low-temperature MEMS process using plasma acti-vated silicon-on-silicon (SOS) bonding // IEEE 20th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Hyogo, Japan, 21–25 January 2007). – IEE Xplore Digital Library, 2007. – P. 309–312.
3. Ndubuisi G.C., Liu J., Cowley J.M. Characterization of the annealed (0001) surface of sapphire (alpha-Al2O3) and interaction with silver by reflection electron microscopy and scan-ning reflection electron microscopy // Microsc. Res. Tech. – 1992. – Vol. 20 (4). – P. 439–449.
4. Improvement of thin silicon on sapphire (SOS) film materials and device performances by solid phase epitaxy Q.-Y. Wang, J.-P. Nie, F. Yu et al. // Materials Science and Engineering: B. – 2000. – Vol. 72. – P. 189–192.
5. Wang Q.-Y., Zan Yu., Wang J., Yu Y.-H. Comparison of properties of solid phase epitax-ial silicon on sapphire films recrystallized by rapid thermal annealing and furnace annealing // Materials Science and Engineering: B. – 1995. – Vol. 29. – P. 43–46.
6. Chistilin A.A., Romanov A.A., Moskovskaya Yu.M., Ulanova A.V. Influence of implan-tation of silicon and oxygen ions into a heteroepitaxial silicon layer on a sapphire substrate on the leakage currents of n-channel transistors of CMOS IC SOS technology // Russian Microelec-tronics. – 2011. – Vol. 40. – P. 209. – 214.
7. Baeri P., Rimini E. Laser annealing of silicon // Materials Chemistry and Physics. – 1996. – Vol. 46. – Iss. 2–3. – P. 169–177.
8. Large thickness-dependent improvement of crystallographic texture of CVD silicon films on r-sapphire / M. Moyzykh, S. Samoilenkov, V. Amelichev et al. // J. Cryst. Growth. – 2013. – Vol. 383. – P. 145–150.
9. Study of the structural properties of silicon-on-sapphire layers in hydride-chloride / E.M. Sokolov, S.D. Fedotov, V.N. Statsenko et al. // Vapor-Phase Epitaxy Semiconductors. – 2017. – Vol. 51. – No. 13. – P. 1692–1697.
10. Папков В.С., Цыбульников М.Б. Эпитаксиальные кремниевые слои на диэлектри-ческих подложках и приборы на их основе / Под ред. А. Ю. Малинина. – М.: Энергия, 1979. – 89 c.
11. Potentialities and basic principles of controlling the plastic relaxation of GeSi/Si and ge/si films with stepwise variation in the composition / Yu.B. Bolkhovityanov, A.K. Gutakovskii, A.S. Deryabin et al. // Semiconductors. –2008. – Vol. 42. – No. 1. – P. 1–20.
12. Игнатов А.Ю., Постолов В.С., Сабельникова М.М. Оптические методы контроля параметров гетероэпитаксиального слоя кремния структур КНС // VI Международная конференция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисло-водск – Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. – 510 с.
13. Федотов С.Д., Тимошенков С.П., Соколов Е.М., Стаценко В.Н. Мониторинг структурного качества границы раздела «кремний сапфир» методом поверхностной фото-ЭДС // Изв. вузов. Радиоэлектроника. – 2017. – № 5. – С. 28–36.
14. Raman studies of silicon nanocrystals embedded in silicon suboxide layers / N.E. Maslova, A.A. Antonovsky, D.M. Zhigunov et al. // Semiconductors. – 2010. – Vol. 44. – No. 8. – P. 1040–1043.
15. Anastassakis E., Cantarero A., Cardona M. Piezo-Raman measurements and anhar-monic parameters in silicon and diamond // Physical Review B. – 1990. – Vol. 41. – No. 11. – P. 7529 – 7535.