Статья

Название статьи ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОУПРУГИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛЕНКАХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ НА ПОДЛОЖКЕ САПФИРА, ПОЛУЧЕННЫХ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИМ ОСАЖДЕНИЕМ
Автор Ю. В. Клунникова, Е. Ю. Гусев
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 539.23
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-16-25
Аннотация Представлены результаты экспериментальных исследований применения метода плазмохимического осаждения из газовой фазы для получения пленок поликристаллического кремния на сапфировой подложке, которая является основой для производства радиационно-стойких интегральных схем. Полученные образцы исследовались методами стилусной профилометрии и атомно-силовой микроскопии. Выявлен ряд параметров, влияющих на фазу, значения размеров кристаллов и среднеквадратическое значение шероховатости полученных пленок. Установлены режимы плазмохимического осаждения, обеспечивающие получение однородных пленок поликристаллического кремния с размером кристаллитов до 250 нм. Средняя шероховатость поверхности составляет 16,2 ± 2,1 нм. При температурах осаждения порядка 700 °C сводится к минимуму влияние различий в коэффициентах теплового расширения кремния и сапфира и сокращается плотность дефектов в полученных пленках. Плазмохимическое осаждение пленки поликристаллического кремния на подложку сапфира сопровождается появлением термоупругих напряжений, которые могут вызвать разрушение пленочного покрытия и поверхностного слоя подложки. Проведена оценка уровня термоупругих напряжений в поликристаллических пленках кремния на сапфировой подложке от параметров плазмохимического осаждения, толщины пленки, свойств пленки и подложки в программе ANSYS, использующей метод контрольных элементов. Определено, что величина термоупругих напряжений в структуре пленка поликристаллического кремния–сапфировая подложка пропорциональна температуре осаждения. Увеличение термоупругих напряжений при увеличении температуры осаждения связано с возрастанием влияния различия температурных коэффициентов линейного расширения пленки и подложки. Результаты исследований могут быть использованы при создании устройств микро- и наноэлектроники, в частности, в специализированных интегральных схемах, солнечной энергетике.

Скачать в PDF

Ключевые слова Cапфировая подложка; поликристаллический кремний; плазмохимическое осаждение; термоупругие напряжения.
Библиографический список 1. El-Kareh B. Fundamentals of semiconductor processing technology. – Boston, Springer, 1995. – 599 p.
2. Агеев О.А., Беляев А.Е., Болтовец Н.С., Конакова Р.В., Миленин В.В., Пилипенко В.А. Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС. – Харьков: НТК “Институт монокристаллов”, 2008. – 392 с.
3. Ageev O.A., Balakirev S.V., Bykov A.V., Gusev E.Y., Fedotov A.A., Jityaeva J.Y., Il'in O.I., Il'ina M.V., Kolomiytsev A.S., Konoplev B.G., Krasnoborodko S.U., Polyakov V.V., Smirnov V.A., Solodovnik M.S., Zamburg E.G. Development of new metamaterials for advanced element base of micro- and nanoelectronics, and microsystem devices. In: Advanced Materials – Manufacturing, Physics, Mechanics and Applications. – Springer International Publishing Switzerland, 2016. – P. 563-580.
4. Ageev O.A., Gusev E.Yu., Jityaeva J.Y., Ilina M.V., Bykov Al.V. Grain size and doping effect on structure and electromechanical properties of polycrystalline silicon for MEMS applications // Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – Vol. 741 (1). – P. 012001.
5. Клунникова Ю.В. Оптимизация технологического процесса получения высококачественных подложек из сапфира для интегральных схем // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 4 (177). – С. 23-31.
6. Malyukov S.P., Klunnikova Yu.V., Parinov I.A. Investigations of Defects Formation During Sapphire Growth. In: Advanced Nano- and Piezoelectric Materials and Their Applications.
– USA: Nova Science, 2014. – P. 89-108.
7. Malyukov S.P., Klunnikova Yu.V. Physical and Technological Fundamentals of Sapphire Production for Electronics. In: Nano- and Piezoelectric Technologies, Materials and Devices.
– USA: Nova Science, 2013. – P. 133-150.
8. Malyukov S.P., Klunnikova Yu.V. Complex Investigations of Sapphire Crystals Production. In: Advanced Materials // Springer Proceedings in Physics. – Switzerland, 2014. – Vol. 152.
– P. 55-69.
9. Малюков С.П., Клунникова Ю.В., Ковалев А.В., Лашков А.В. Разработка и исследование математических моделей и алгоритмов оптимизации технологии изготовления подложек для мемристоров // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11. – С. 435-439.
10. Dobrovinskaya E.R., Lytvynov L.A., Pishchik V.V. Sapphire. Material, Manufacturing, Applications. – New York: Springer, 2009. – 481 p.
11. Malyukov S.P., Cherednichenko D.I., Klunnikova Y.V. Heat-physical processes at the sapphire crystals growth by horizontal directed crystallization // In: Sapphire: structure, technology and applications. – USA: Nova Science Publishers, 2013. – P. 101-118.
12. Величко Р.В., Гусев Е.Ю., Гамалеев В.А., Михно А.С., Бычкова А.С. Исследование режимов плазмохимического осаждения пленок нано- и поликристаллического кремния // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11. – С. 1176-1179.
13. Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Быков А.В., Бесполудин В.В. Исследование электрофизических свойств пленок поликристаллического кремния для создания микроэлектромеханических систем // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 9 (170). – С. 126-134.
14. Алексеев А., Агеев О., Гусев Е., Коноплев Б., Лысенко И., Петров С. Тандем ЗАО "НТО" и НОЦ "Нанотехнологии" ЮФУ – пример успешного взаимодействия производства и науки // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2016. – № 7 (157). – С. 78-83.
15. Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю. Влияние параметров плазмохимического осаждения на свойства оксида кремния для создания солнечных элементов // ФизикА. СПб 2017: тезисы докл. Междунар. молодежной конф. (Санкт-Петербург, 24-26 окт. 2017 г.). – URL: http://physica.spb.ru/data/uploads/physica2017thesises.html (дата обращения 20.02.2018).
16. Gusev E.Yu., Jityaeva J.Y., Geldash A.A., Ageev O.A. Effects of PECVD temperature and RF power on surface structure and refractive index of amorphous and polycrystalline silicon films // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 917. – P. 032029.
17. Агеев О.А., Коломийцев А.С., Михайличенко А.В., Смирнов В.А., Пташник В.В., Солодовник М.С., Федотов А.А., Замбург Е.Г., Климин В.С., Ильин О.И., Громов А.Л., Рукомойкин А.В. Получениe наноразмерных структур на основе нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 1 (114). – С. 109-116.
18. Коноплев Б.Г., Агеев О.А. Элионные и зондовые нанотехнологии для микро- и наносистемной техники // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2008. – № 12 (89). – С. 165-175.
19. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. – М.: Едиториал УрСс, 2003. – 272 с.
20. Буй Т.Х. Разработка и исследование чувствительных элементов датчиков давления на основе структур «кремний на сапфире» с использованием лазерных технологий: дис. … канд. техн. наук. – Таганрог, 2017. – 123 с.
21. Haider J.et al. Simulation of thermal stress in magnetron sputtered thin coating by finite element analysis // Journal of Materials Processing Technology. –2005. – Vol. 168, № 1.
– P. 36-41.
22. Асташенкова О.Н., Корляков А.В. Механизмы формирования механических напряжений в пленках карбида кремния и нитрида алюминия, полученных магнетронным методом // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. – 2014. – № 2 (15).
– С. 57-61.
23. Асташенкова О.Н., Корляков А.В. Контроль физико-механических параметров тонких пленок // Нано- и микросистемная техника. – 2013. – № 2. – С. 24-29.
24. Малюков С.П., Клунникова Ю.В., Саенко А.В., Буй Т.Х. Моделирование температурных полей и внутренних напряжений в пластине сапфира при лазерной обработке // Физика и химия обработки материалов. – 2016. – № 5. – С. 11-16.
25. Алексеев А.Н., Соколов И.А., Агеев О.А., Коноплев Б.Г. Комплексный подход к технологическому оснащению центра прикладных разработок. Опыт реализации в НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – С. 207-210.
26. Достанко А.П., Аваков С.М., Агеев О.А. Технологические комплексы интегрированных процессов производства изделий электроники. – Минск: Белорусская наука, 2016. – 251 с.

Comments are closed.