1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2024-29-6-715-723FZMNDT546.05:546.121:546.28-121:548.522:548.55Mатериалы электроникиResearch of multilayer growth process of polycrystalline silicon layers for silicon structures deformation control in chemical gas transport technologyИсследование процесса многослойного роста поликристаллических кремниевых слоев для управления деформацией кремниевых структур в технологии химического газового транспортаТарасов Дмитрий ВадимовичТарасовДмитрий ВадимовичTarasovDmitry V.Dmitry V. TarasovСоколов Евгений МакаровичСоколовЕвгений МакаровичSokolovEvgeniy M.Evgeniy M. SokolovГаврилов Сергей АлександровичГавриловСергей АлександровичGavrilovSergey A.Sergey A. GavrilovАО «Эпиэл», Россия, 124460, г. Москва, г. Зеленоград, ул. Академика Валиева, 6, стр. 2; Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1АО «Эпиэл», Россия, 124460, г. Москва, г. Зеленоград, ул. Академика Валиева, 6, стр. 2Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 130012026Том. 29 №6715723http://ivuz-e.ru/issues/Том 29 №6/issledovanie_protsessa_mnogosloynogo_rosta_polikristallicheskikh_kremnievykh_sloev_dlya_upravleniya_/

Silicon structures with dielectric isolation, silicon-on-insulator structures, and III-N compounds on silicon (AlN/Si, GaN/Si, etc.) are most commonly used in power electronics. One of the problems in such structures manufacturing is the complex deformation (bow or warp) of structures due to the use of a relatively thick layer of polysilicon as a support structure for monocrystalline silicon areas. In this work, the dependences of the mechanical properties of polycrystalline silicon layers on the growth temperature during their deposition by chemical gas transport are studied. The dependencies of polysilicon properties on the composition and ratio of gas reagents during the deposition process were demonstrated. For chloride and bromide atmospheres, the optimum operating temperature ranges and the working ratio of chlorine and bromine in a gas environment have been established. It was found that the main technological parameter determining the magnitude and direction of the bow of silicon structures is the growth temperature of the polysilicon layer. The results of trench filling in dielectric isolation structures during the support layer formation are given. The obtained results have a practical bearing on the technology of semiconductor devices creation for power electronics.

Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией, структуры кремний на изоляторе и соединения нитридов III группы на кремнии (AlN/Si, GaN/Si и др.) чаще всего применяются в силовой электронике. Одна из проблем в производстве таких структур – сложная деформация (прогиб или коробление) структур в результате использования относительно толстого слоя поликремния в качестве опорной конструкции для монокристаллических кремниевых областей. В работе исследованы зависимости механических свойств поликристаллических кремниевых слоев от температуры роста при осаждении их методом химического газотранспортного переноса. Показаны зависимости свойств поликремния от состава и соотношения газовых реагентов в процессе осаждения. Для хлоридной и бромидной атмосфер установлены оптимальные диапазоны рабочих температур и рабочего соотношения хлора и брома в газовой среде. Выявлено, что основным технологическим параметром, определяющим прогиб кремниевых структур и его направление, является температура роста поликристаллического кремниевого слоя. Приведены результаты заращивания канавок в кремниевых структурах с диэлектрической изоляцией при формировании опорного слоя. Полученные результаты имеют практическое значение для технологии создания полупроводниковых приборов силовой электроники.

химический газотранспортный переносполикремнийростовые напряженияпрогиб структурыкремниевые структуры с диэлектрической изоляциейкремний на изолятореchemical gas transportCVTpolycrystalline silicongrowth stressbow of structuredielectric isolation structuresDIsilicon-on-insulatorSOI Макушин М. В. Тенденции развития силовой электроники // Электроника: НТБ. 2019. № 8 (189). С. 50–55. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2019.189.8.50.55. – EDN: VBQZIN.A review on the GaN-on-Si power electronic devices / Y. Zhong, J. Zhang, S. Wu et al. // Fundamental Research. 2022. Vol. 2. Iss. 3. P. 462–475. https://doi.org/10.1016/j.fmre.2021.11.028Stork J. M. C., Hosey G. P. SOI technology for power management in automotive and industrial applications // Solid-State Electronics. 2017. Vol. 128. P. 3–9. https://doi.org/10.1016/j.sse.2016.10.033Ultra-stable epitaxial polysilicon resonators / E. J. Ng, S. Wang, D. Buchman et al. // 2012 Solid-State Sensors, Actuators, and Microsystems Workshop. Hilton Head, SC: Transducer Research Foundation, 2012. P. 271–274. http://doi.org/10.31438/trf.hh2012.73Suzuki T., Mimura A., Kamei T., Ogawa T. Deformation in dielectric-isolated substrates and its control by a multilayer polysilicon support structure // J. Electrochem. Soc. 1980. Vol. 127. No. 7. P. 1537–1541. https://doi.org/10.1149/1.2129945Mechanical characterization of thick polysilicon films: Young’s modulus and fracture strength evaluated with microstructures / S. Greek, F. Ericson, S. Johansson et al. // J. Micromech. Microeng. 1999. Vol. 9. No. 3. P. 245–251. https://doi.org/10.1088/0960-1317/9/3/305Пат. 2393585 РФ. Способ формирования полупроводниковых структур / А. Ф. Волков, В. В. Козихин, Е. М. Соколов и др.; заявл. 28.04.2009; опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18. 9 с. EDN: POMSHH.Wang T. H., Ciszek T. F. Growth of large-grain silicon layers by atmospheric iodine vapor transport // J. Electrochem. Soc. 2000. Vol. 147. No. 5. P. 1945–1949. https://doi.org/10.1149/1.1393463Material properties of polysilicon layers deposited by atmospheric pressure iodine vapor transport / T. H. Wang, T. F. Ciszek, M. Page et al. // Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE Photovoltaic Specialists Conference – 2000 (Cat. No. 00CH37036). Anchorage: IEEE, 2000. P. 138–141. https://doi.org/10.1109/PVSC.2000.915773APIVT-grown silicon thin layers and PV devices / T. H. Wang, T. F. Ciszek, M. R. Page et al. // Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2002. New Orleans, LA: IEEE, 2002. P. 94–97. https://doi.org/10.1109/PVSC.2002.1190464Газотранспортный хлоридный перенос кремния в сэндвич-системе / Ю. Н. Баранов, К.-Г. М. Шварц, Е. М. Соколов и др. // Наноиндустрия. 2018. № S (82). C. 273–280. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2018.82.273.280. – EDN: XQVMQP.Suzuki T., Mimura A., Ogawa T. The deformation of polycrystalline-silicon deposited on oxide-covered single crystal silicon substrates // J. Electrochem. Soc. 1977. Vol. 124. No. 11. P. 1776–1780. https://doi.org/10.1149/1.2133155Kamins T. I. Deformation occurring during the deposition of polycrystalline-silicon films // J. Electrochem. Soc. 1974. Vol. 121. No. 5. P. 681–684. https://doi.org/10.1149/1.2401887Chen L., Miao J., Guo L., Lin R. Control of stress in highly doped polysilicon multi-layer diaphragm structure // Surf. Coat. Technol. 2001. Vol. 141. Iss. 1. P. 96–102. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01163-XУправление прогибом структур кремния в технологии хлоридных газотранспортных реакций / Д. В. Тарасов, Ю. Н. Баранов, С. Д. Федотов и др. // Наноиндустрия. 2022. Т. 15. № S8-1 (113). С. 118–123. http://doi.org/10.22184/1993-8578.2022.15.8s.118.123. – EDN: MGWFLB.Freund L. B., Suresh S. Thin film materials: Stress, defect formation and surface evolution. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2004. 750 p. http://doi.org/10.1017/CBO9780511754715Добрынин А. В. О применимости формулы Стони для расчета механических напряжений в толстых пленках и покрытиях // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23. № 18. С. 32–36. EDN: RYNGVN.