автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Основы технологии получения кремниевых структур с объемными элементами методом жидкофазной эпитаксии в поле температурного градиента

На правах рукописи

ПГ8 01 - 6 СЕН

СЕРЕДИН Лев Михайлович

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР С ОБЪЕМНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ МЕТОДОМ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ В ПОЛЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАДИЕНТА

Специальность: 05.27.06 - Технология полупроводников и

материалов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск - 2000 г.

Работа выполнена на кафедре физики Южно-Российского государственного •технического университета (Новочеркаского политехнического института)

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор физико-математических наук, профессор Лозовский В.Н.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Сеченов Д.А. кандидат физико-математических наук, доцент Папков И.П.

Ведущая организация: ОАО, "Сатурн" г. Краснодар

Защита состоится " " июня 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 063.30.10 Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркаского политехнического института) по адресу: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркаского политехнического института).

Автореферат разослан апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Горшков С.А.

vRlí^ ЪМ.МпР -¿ÁiJ D

*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы в полупроводниковой электронике вьивлен ряд проблем, решение которых традиционными технологическими методами затруднено или невозможно по принципиальным соображениям. Эти проблемы, обусловленные, главным образом, использованием только приповерхностных областей исходной подложки, имеют место в технологических процессах изготовления как микроэлектронных схем (ИС), так и дискретных полупроводниковых приборов.

Так, неизбежным следствием планарной технологии получения ИС является использование более 96% полупроводникового материала в подложке лишь в качестве механического опорного слоя. Это приводит к недоиспользованию для полезных целей объема и тыльной поверхности подложки, к дополнительным трудностям в организации межэлементной разводки и к усложнению пространственной компоновки ИС, а также применению контактов, затеняющих часть фоточувствительных элементов и матриц полупроводниковых источников энергии.

Многие технологические проблемы создания и получения дискретных полупроводниковых приборов также были бы сняты или существенно ослаблены при наличии конкурентоспособного технологического метода, позволяющего создавать активные элементы в объеме кристалла. К таким приборам относятся стабилитроны и диоды различного назначения, стабис-торы, варикапы, кремниевые фотоэлектропреобразователи (ФЭП), тензо-датчики и датчики , температуры, полевые транзисторы и др. При этом, наряду с новыми возможностями в конструировании этих приборов, формирование активных р-п переходов в областях кристалла, не затронутых механической обработкой и не подверженных влиянию различных поверхностных эффектов, позволило бы приблизить к теоретическим значения электрических параметров приборов, повысить их стойкость к воздействию различного рода внешних факторов.

Отмеченные выше проблемы могут быть в значительной степени преодолены при использовании в технологии получения базовых структур ИС и дискретных приборов метода жидкофазной эпитаксии в поле температурного градиента (ЖЭГТ) на основе зон линейной и точечной форм. Этот метод позволяет получать как многослойные структуры, так и структуры со встроенными в объем кристалла каналами цилиндрической, трубчатой и других форм. При использовании подходящих растворителей миграция жидких дискретных зон в кристалле осуществляется при сравнительно

<

невысоких температурах (900-1200 °С) со скоростью 50-500 мкм/ч, направление движения зон в кристалле определяется градиентом температуры, концентрация вводимой в кристалл примеси регулируется в широких пределах составом и размером жидких зон.

В последние годы предприняты неоднократные попытки применить метод ЖЭГТ на основе дискретных зон для решения ряда задач полупроводниковой фотоэнергетики и силовой полупроводниковой электроники. Апробация данных разработок в промышленных условиях показала актуальность постановки задачи по созданию и исследованию основ универсальной технологии, обеспечивающей приемлемый процент выхода годных структур, высокую производительность и энергетическую эффективность. Вместе с тем, практический интерес это предложение может вызвать только при наличии методики воспроизводимого процесса ЖЭГТ на тонких дискретных зонах размером в несколько микрометров. Для разработки такой технологии недостаточно изученными оказались процессы формирования дискретных зон уменьшенных геометрических размеров на поверхности кристалла, стадия их погружения в кристалл, процессы, влияющие на стабильность движения дискретных зон в кристалле.

Актуальной является так же и задача создания высокопроизводительного оборудования для реализации метода ЖЭГТ. Известное оборудование для миграции дискретных зон не удовлетворяет условиям серийного производства, что затрудняет освоение метода ЖЭГТ на перспективных направлениях.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка физико-металлургических основ технологии получения кремниевых приборных структур с объемными элементами методом ЖЭГТ, обеспечивающей приемлемый процент выхода годных приборных структур при высокой производительности процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Исследовать процессы формирования дискретных зон избиратель. ным смачиванием зонообразующим расплавом поверхности кремниевой подложки, выявить причины невоспроизводимости этого процесса и условия их устранения.

2. Разработать эффективные методики воспроизводимого нанесения материала тонких жидких дискретных зон на поверхность подложки.

3. Исследовать основные закономерности кинетики ЖЭГТ кремния на основе тонких дискретных зон.

4. Исследовать причины траекторной нестабильности миграции дискретных зон. Разработать методики, обеспечивающие стабильную миграцию дискретных зон в кремнии.

5. Определить принципы конструирования и разработать высокопроизводительное термическое оборудование для получения кремниевых структур с объемными элементами методом ЖЭГТ.

6. Исследовать кристаллическое совершенство и электрофизические свойства формируемых эпитаксиальных каналов, локальных р+ областей, п-р+структур и приборов на их основе.

Научная новизна работы:

1. Предложена модель процесса формирования жидких дискретных зон, учитывающая влияние температурно-временных режимов процесса на воспроизводимость смачивания кремния расплавом алюминия через окисную маску и локальное диффузионное растворение кремния в жидком алюминии. Выявлена корреляция между коэффициентом поверхностного натяжения зо-нообразующего материала на границе кристалл-расплав и шириной вскрытого окна в окисном слое, что позволило обосновать применение ряда металлов Периодической системы в качестве добавок в зонообразующий материал.

2. Исследовано влияния микрорельефа поверхности кремния перед стадией формирования тонких дискретных зон на воспроизводимость процесса. Найдены оптимальные параметры микрорельефа поверхности кремниевой подложки, при которых достигается ее наилучшее смачивание жидким металлом.

3. Впервые обнаружен и исследован эффект стабилизации процесса' миграции дискретных зон в кристалле под действием пространственной локализации теплового потока, что позволило разработать новый подход повышения устойчивости миграции дискретных зон.

4. Выполнен анализ влияния на скорость миграции тонких дискретных зон пороговости кинетических процессов на межфазных границах дискретной зоны, на основании которого предложена методика применения переменного температурного градиента в подложке при ее вращении, обеспечивающая увеличение скорости и стабильности миграции тонких дискретных зон.

5. Разработаны научные основы технологического процесса изготовления объемных эпитаксиальных каналов и областей методом ЖЭГТ, позволяющего повысить воспроизводимость и улучшить качество структур.

Практическая значимость. В работе предложены и разработаны:

- способы воспроизводимого формирования дискретных зон, основанные на использовании малых добавок Ga и Sc в зонообразующий материал (патент N2026895 от 20.01.95 и A.c. N1669332 от 22.01.91);

- способ управления траекторией дискретных зон локализацией теплового потока в полупроводниковой подложке кремния, обеспечивающий высокую траекторную стабильность процесса термомиграции жидких зон (A.c. N 1653480 от 11.07.89);

- конструкции формирователя дискретных зон роторного типа и нагревающего устройства цилиндрического типа с осевой симметрией для термомиграции.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель процесса формировании дискретных зон применима: а) для нахождения критического значения ширины вскрытого окна г, ниже которого получить дискретную зону с воспроизводимыми параметрами не возможно; б) для определения взаимосвязи глубины проникновения зонооб-разующего материала в кристалл с температурно-временными режимами процесса избирательного смачивания.

2. Введение добавок Ga и Sc, снижающих коэффициент поверхностного натяжения зонообразующего расплава на основе AI, позволяет: а) улучшить смачивание поверхности кремния раствором-расплавом; б) уменьшить критическое значение ширины вскрытого окна г, в) снизить температуру процесса формирования дискретных зон; г) обеспечить необходимую стойкость маскирующего покрытия к образованию проколов.

2. Предложена методика струйно-абразивной обработка поверхности подложки обеспечивающая оптимальные параметры ее микрорельефа (шероховатость поверхности 0,1< Ra < 0,2 мкм и глубина нарушенного слоя hT< 5 мкм) для воспроизводимого формирования тонких дискретных зон.

3. Обнаруженный эффект гарантированного подавления траектор-ной нестабильности процесса термомиграции дискретных зон при локализации теплового потока в местах дополнительной жидкой прослойки на тыльной поверхности подложки обеспечивает.

*

4. Применение импульсного вращения подложки относительно нагревающей поверхности с частотой 1-2 Гц и скважностью 2-4 позволяет при постоянной средней температуре процесса повысить скорость миграции тонких дискретных зон в 3-4 раза, а также их деформационную и траекторную стабильность, относительно стационарного режима ЖЭГТ.

5. Результаты исследования характеристик структур п-р+-п с объем-

ными эпитаксиальными областями и приборов на их основе, изготовленных с помощью ЖЭГТ.

6. Основы технологии и термическое оборудование для получения кремниевых структур методом ЖЭГТ. .

Реализация результатов работы. Выполненные в диссертационной работе исследования связаны с госбюджетной и хоздоговорной тематикой кафедры физики ЮРГТУ (НПИ), направленной на решение поисковых и прикладных научно-исследовательских работ для ряда промышленных предприятий и научно-исследовательских институтов.

Технологический процесс изготовления кремниевых п-р+-п структур и термическое оборудование для его реализации использованы в серийном производстве мезастеклопассивированных диодных "чипов" в ООО "Элемент-Преобразователь" (Украина, г. Запорожье) и фотоэлектрических преобразователей ОАО "Сатурн" г. Краснодар. Результаты настоящих исследований представляют практический интерес для ГНПП НЗПП с ОКБ (г. Новосибирск), АООТ ВЗПП (г. Воронеж), ЗАО "Транзистор" (Армения, г. Ереван) и других предприятий, специализирующихся на выпуске полупроводниковых приборов, ИМС и СИС, в которых могут найти применение структуры с объемными р*-областями и каналами.

Результаты диссертационных исследований используются в учебном процессе ЮРГТУ(НПИ) при подготовке студентов по специальности 200200 "Микроэлектроника и полупроводниковые приборы".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на объединенных научных семинарах проблемной лаборатории микроэлектроники, ОНИЛ "Микрометаллургии полупроводников", НИЛ "Кристалл" и кафедры физики ЮРГТУ(НПИ), научно-практических конференциях ученых ЮРГТУ (НПИ); III Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления развития конструирования, технологии и исследования силовых полупроводниковых приборов" (г. Москва, 1991); научно-практическом семинаре-выставке "Лазеры и современное приборостроение" (г. Санкт-Петербург, 1991); молодежной научной конференции "XXI Гагаринские чтения" (г. Москва, 1995); Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (г. Москва, 1994); международной научно-технической конференции "Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники" (г. Егорьевск, 1995); I, II, III, IV и V Всероссийских научно-технических конференциях с международным участием "Актуальные проблемы твердо-

тельной электроники и микроэлектроники" (г. Таганрог, 1994-1998).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 31 печатная работа, в числе которых 2 авторских, свидетельства на изобретение, 1 патент РФ, 12 статей, включая 2 в центральных научных журналах. Материалы диссертации использовались в 5 отчетах о НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав (с аннотацией и выводами по каждой главе), общих выводов, списка цитируемой литературы из /^.¿"наименований, 2 приложений. Работа изложена на/Л? страницах, включая^" рисунков и 1 таблицу. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ввелении обоснована актуальность диссертационной работы, приведена ее цель, показана практическая значимость работы, охарактеризованы методы исследования, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются достоинства и недостатки традиционных методов полупроводниковой технологии получения кремниевых структур с объемными элементами. Обоснован выбор метода ЖЭГТ как объекта исследования, разработки и использования в технологии получения полупроводниковых приборных структур и практического применения в настоящей работе.

Приведен литературный обзор известных вариантов ЖЭГТ в системе Si-Al с зонами точечной и линейной форм и их аппаратурного оформления. Установлено, что ЖЭГТ, основанная на избирательном смачивании, представляет несомненный интерес для практических целей при получении структур с объемными элементами, но нуждается в дальнейших исследованиях, технической и технологической разработке, а также в оснащении соответствующим технологическом оборудованием.

На основе проведенного анализа сформулирована цель работы и определены направления дальнейших теоретических и экспериментальных исследований, которые изложены во вводной части автореферата.

Во второй главе исследуется механизм формирования узких (3050 мкм) дискретных зон различной конфигурации на поверхности полупроводниковой подложки методом избирательного смачивания, включая все стадии этого процесса.

С целью выявления ограничений известной методики принудительного избирательного смачивания проведены исследования видов, природы и условий возникновения дефектов на стадии формирования дискретных зон при уменьшении их линейных размеров. Экспериментально показано, что метод при рабочих температурах (750-850 °С) характеризуется невоспроизводимо-

стью результатов. К таковым относятся разрывы и неоднородность толщины дискретной зоны; не смоченные участки вскрытых окон; наличие в маскирующем покрытии проколов, содержащих микрозоны.

В результате экспериментальных исследований нами было выявлено, что обнаруженные дефекты формирования зон оказывают существенное влияние и на процессы их миграции в объеме подложки. Так при движении указанных зон в поле температурного градиента возрастает вероятность проявления различного вида несгабильностей, приводящих в общем случае к остановке отдельных зон в глубине кристалла или снижению их скорости; фрагментации жидких линейных зон; отклонению от заданного направления.

Для исследования условий, при которых подавляются или частично устраняются причины возникновения обнаруженных дефектов формирования дискретных зон, нами была предложена модель процесса избирательного смачивания поверхности подложки расплавом металла с привязкой к конкретной схеме и выбранному растворителю. Из равенства гидростатического и капиллярного давлений столба жидкой фазы в проекции вскрытого окна найдено выражение, определяющее критическое значение ширины вскрытого окна (г), ниже которого получить дискретную зону с воспроизо-димыми параметрами избирательным смачиванием не возможно:

г>^2а1ц/Н0р8-1102 , (1)

где: р - плотность расплава; Н0~ высота слоя расплава; толщина маскирующего слоя; g - ускорение свободного падения; с - коэффициент поверхностного натяжения зонообразуклцего материала на границе кристалл-расплав.

В результате анализа данного выражения выявлено, что наиболее критичным и управляемым параметром процесса смачивания расплавом поверхности маскирующего покрытия является а • Снижением этого параметра можно уменьшить значение г. Оценка г из выражения (1) близка к воспроизводимо получаемым экспериментально значениям ширины дискретных зон, что свидетельствует в пользу адекватности модели исследуемому процессу.

Глубина проникновения жидкой фазы в кристалл в данной модели оценивалась путем решения системы уравнений, соответствующих диффузионной задаче Стефана. Поставленная задача решается численно методом сеток по неявной схеме с переменным шагом. Найденные распределения концентрации кремния в объеме зоны позволяют установить количественные соотношения, определяющие взаимосвязь глубины проникновения зонообразующего материала в кристалл с температурно-временными режима-

ми формирования и, тем самым, оптимизировать технологический процесс.

На основе предложенной модели нами установлено, что для уменьшения критического значения г необходимо улучшать условия смачивания расплавом вскрытого окна в маскирующем окисном слое, повышая температуру процесса. Однако это приводит к снижению стойкости маскирующего покрытия и образованию в защитном слое проколов, содержащих микрозоны. Поэтому такой прием решения проблемы является не рациональным.

Автором для решения поставленной задачи в диссертационной работе предложен новый способ нанесения зонообразующего материала ha поверхность подложки, суть которого заключается в следующем. Формирование зон осуществляется непосредственно из жидкой фазы с добавками металлов, позволяющими регулировать величину коэффициента поверхностного натяжения зонообразующего расплава и активно управлять процессом смачивания кремния. При этом специально созданные температурные условия в подложке обеспечивают формирование дискретных зон при более низких температурах (700-800 °С) и их погружение в объем кристалла без потерь зонообразующего материала. В работе нами экспериментально определен диапазон процентного состава (0,01-0,5) мас.% добавок Ga и Se для системы Si-Al, позволяющих снизить коэффициент поверхностного натяжения расплава на 15-20 %. В итоге установлено, что введение добавок Ga и Se в зонообразующий материал на основе А1 позволяет: во-первых, улучшить смачивание кремниевой поверхности раствором-расплавом и за счет этого уменьшить критическое значение ширины вскрытого окна; во-вторых, уменьшить температуру процесса избирательного смачивания, обеспечив необходимую стойкость маскирующего покрытия к образованию проколов.

При технологической разработке стадии формирования дискретных зон дополнительно было установлено, что реализация данного процесса в методе ЖЭГТ выдвигает ряд противоречивых требований к состоянию поверхности подложечного кремния. Основным из них является необходимость сочетания достаточно развитого рельефного слоя с минимальными толщинами трещиноватого и дислокационного слоев. Известные методы механической и химической обработки кремния не обеспечивают необходимых параметров поверхности. В диссертации предложено использовать нетрадиционный для полупроводниковой технологии метод механического воздействия на кристалл - струйно-абразивную обработку (CAO), Исследованы зависимости между основными технологическими параметрами CAO и выходными параметрами процесса - шероховатостью обрабатываемой поверхности и величи-

ной съема материала. Экспериментально выявлено, что при формировании дискретных зон избирательным смачиванием подложек, обработанных САО, воспроизводимость процесса возрастает, а эпитаксиальный рост характеризуется повышенной стабильностью формы жидких зон.

В результате исследований стадии формирования дискретных зон определены температурно-временные режимы процесса избирательного смачивания, обеспечивающие воспроизводимое формирование дискретных зон и разработана технологическая схема реализации способа.

В третьей главе излагаются результаты экспериментальных исследований особенностей кинетики ЖЭГТ двух- и трехкомпонентных жидких зон на основе кремния, стабильности их миграции в объеме кристалла, а также рассмотрены пути интенсификации процесса термомиграции тонких зон с применением нестационарного режима его реализации.

В диссертации экспериментально исследовано влияние добавок Са и 8с в жидкую зону на кинетику дискретных зон. Установлено (см. рисунок 1), что указанные добавки вызывают смешение диффузионного режима ЖЭГТ в область тонких зон (Л<15 мкм) и увеличение скорости их миграции в кинетическом режиме. Обнаруженный эффект дает важные технологические преимущества, обеспечивающие повышение производительности и стабильности миграции тонких дискретных зон.

Практическое использование метода ЖЭГТ в технологии производ-

V,

мкм/ч

300

200

100

0 5 10 15 20 А, мкм

Рисунок 1 - Экспериментальные зависимости скорости миграции с от тощины дискретной зоны /? состава: 1 — А1; 2 — А1+Оа (0,03 мас.%); 3 — АИ-Эс (0,5 мас.%).

ства базовых структур неразрывно связано с необходимостью управления не только скоростью, но и стабильностью миграции дискретных зон. Экспериментально установлено, что качество получаемых структур с объемными элементами определяется точностью поддержания первоначально задаваемой конфигурации жидкой зоны и воспроизводимостью траектории ее движения. Вместе с тем, обнаружено, что введение добавок ва и Бс в зонооб-разующий материал влияет на конфигурационную стабильность линейных зон. В этой связи нами проведены дополнительные исследования влияния указанных добавок на процессы, ведущие к изменению формы и траектории миграции жидкой зоны. Найдено выражение, которое позволяет оценить влияние на степень деформации Щ1ц жидкой зоны температурных условий процесса термомиграции и величины коэффициента поверхностного натяжения материала зоны:

где - ширина жидкой дискретной зоны; /г; - толщина минимального сечения жидкой зоны; SQ - площадь сечения жидкой зоны; Uc - молярная энергия растворения; G( - градиент температуры в жидкой фазе; Vm - молярный объем кристалла; Т - температура процесса миграции в Кельвинах.

Выполненные с использованием выражения (2) численные исследования влияния а на степень деформации дискретной зоны на примере системы Si-Al-Ga показали, что при рабочих температурах (1100-1250 °С) процесса минимальная деформация (Ц /fy —> min) соответствует расплаву AI с добавкой Ga (0,03 мас.%). При этом правильность расчетов подтверждают результаты экспериментальных исследований эволюции формы дискретной зоны. Одновременно было выявлено, что при содержании Ga в зонообразу-ющем материале менее 0,03 мас.% проявляется деформация поперечного сечения зоны в виде ее истончения вплоть до фрагментации и полной остановки. В итоге сделано заключение о допустимом процентном содержании Ga в зонообразующем материале в пределах (0,03-0,5 мас.%), влияние которого на деформацию движущейся жидкой зоны незначительно.

Учитывая важность задачи обеспечения стабильной миграции ансамбля дискретных зон при ЖЭГТ в диссертационной работе дополнительно рассмотрены пути повышения их устойчивости. Предложен новый способ, основанный на свойстве дискретных зон мигрировать в кристалле перпендикулярно изотермам в направлении возрастания температуры (см. рисунок 2, а). Так как траектория зон и линии теплового потока совпадают (направления противоположны), то желаемую картину траектории дискретной зоны можно по-

(2)

чить, задав специальную конфигурацию изотерм в кристалле. Сущность метода поясняет рисунок 2, б, на котором показана композиция с пустотным зазором и контактной областью 4 в центре, обеспечивающая строгое соответствие заданной траектории 10 эпитаксиального канала 6. При приближении к контакту линии теплового потока 8 стягиваются и его плотность возрастает. В результате у контакта 4 повышается локальный градиент температуры и искривляются изотермы 7. При этом случайные и органически связанные с процессом ЖЭГТ причины проявления нестабильностей гарантированно подавляются мощным стабилизирующим фактором, каким является концентрированное тепловое излучение. Достоинством способа является также уникальная возможность управления траекторией движения зон 10 при получении объемных элементов сложной геометрической формы 9 (см. рисунок 2, б).

Для обеспечения стабильной миграции дискретных зон толщиной порядка единиц микрометров в работе выполнены исследования нестационарного процесса ЖЭГТ, обусловленного переменным градиентом температуры в подложке. Выдвинута гипотеза о неоднозначности пороговой толщины зоны, т.е. значение ее толщины ниже которого зона остается неподвижной. На основе проведенных теоретических исследований влияния пороговое™ кинетических процессов на характер движения межфазных границ сделан вывод о возможности появления колебаний скорости кристаллизации и растворения даже при постоянных внешних условиях процесса, причем период колебаний изменяется от тысячных долей до нескольких се-

Рисунок 2 - Схема способа стабилизации траектории миграции (на примере линейных зон) а) и сечение композиции с пустотным зазором б): 1— вспомогательная пластина; 2 — кремниевая подложка; 3 — зоны; 4 — контактные площадки; 5 — алюминиевая пленка; 6,9 — эпитаксиальные р+ каналы; 7 - линии изотерм; 8 -линии теплового потока; 10 — направления миграции жидких зон

нагрев

а)

б)

кунд. Установлено, что искусственно нарушая стационарность ЖЭГТ можно целенаправленно влиять на процессы, происходящие в жидкой зоне и на межфазных границах. Это позволяет расширить возможности метода ЖЭГТ по формированию объемных элементов и существенно снизить ограничения по толщине дискретных зон.

На основании результатов исследования стадии формирования дискретных зон (см. глава 2) и стадии миграции их в объеме кристалла разработана схема технологического процесса получения кремниевых базовых структур с объемными элементами. Предложены варианты реализации данного процесса с учетом назначения этих структур, а также размеров и характера расположения объемных элементов в кристалле и их электрофизических свойств.

Четвертая глава содержит материалы разработки аппаратурного обеспечения процессов формирования дискретных зон в кремнии и их термомиграции в поле температурного градиента.

Показано, что перспективным направлением развития аппаратурного оформления технологического процесса по методу ЖЭГТ является разработка и применение двух компактных термических модулей, каждый из которых размещается в вакуумных камерах с системами откачки, управления и электропитания.

Первый модуль - роторный формирователь дискретных зон в кремнии

а)уменьшено в 10 раз б) уменьшено в 15 раз

Рисунок 3 - фотографии формирователя дискретных зон а) и термического модуля цилиндрического типа с осевой симметрией б)

е

(рисунок 3, а). Формирователь имеет систему нагрева загрузки до температуры 650 - 900 °С с регулируемым градиентом температуры в подложке от 0 до 20 "С/см. При габаритах модуля 0300x300 мм обеспечивается производительность процесса формирования до 100 подложек диаметром 76 мм за 2,5 часа.

Второй термический модуль разработан в двух вариантах исполнения. Первая конструкция предназначена для миграции дискретных зон в поле температурного градиента и представляет собой вертикальный цилиндрический нагреватель резисгивного типа с внешней рабочей поверхностью. Модуль обеспечивает обработку до 18 подложек диаметром до 100 мм при температуре 11 00-1250 °С за 2 часа. Основным отличием второго варианта модуля для термомиграции является применение излучателя в виде полого полуцилиндра с внутренней рабочей поверхностью (рисунок 3, б). Такая форма нагревателя создает в подложке тепловое поле специальной конфигурации, способствующей стабильной миграции ансамбля дискретных зон. Кроме того, конструкция модуля позволяет реверсировать направление градиента температуры в подложке при сохранении ее средней температуры, что особенно важно при реализации нестационарных режимов ЖЭГТ.

Сформулированы требования к системе управления термическими модулями для проведения процессов по методу ЖЭГТ. Предложена система управления модулями на базе ПЭВМ, обеспечивающая широкие возможности по выбору температурно-временных режимов процесса ЖЭГТ.

В пятой гладе приводятся электрофизические свойства формируемых эпитаксиальных каналов (областей), структур и приборов на их основе.

Экспериментально выявлено, что объемные элементы, полученные с применением разработанной технологии, имеют высокую степень однородности легирования. Так, в диапазоне значений удельного сопротивления 0,007-0,01 Ом-м эпитаксиалыюго канала, полученного при температурах 1,100-1200 "С, разброс удельного сопротивления составляет менее ±5%. Проведена оценка влияния состава жидкой зоны и температурных условий процесса ЖЭГТ на пластическую деформацию эпитаксиальных каналов и прилегающих областей матрицы. Установлено, что применение зонообразую-щих материалов с добавками компонентов, обеспечивающих снижение при ЖЭГТ коэффициента поверхностного натяжения на границе жидкость-кристалл, способствует ослаблению дефектообразования в кремнии. Выращенные области монокристалличны, дислокации (АО в каналах практически отсутствует, а в областях матрицы значения N и механических напряжений (у), соответственно, равны N < 105 см'2 и у < 0,5 МП а, что не оказывает отрицательного влияния на электрические параметры структур.

Разработанная нами технология использована в опытном производстве кремниевых стабилизирующих структур (КСС) в интегральном исполнении со структурой фотоэлектрического преобразователя (ФЭП). Такая интегральная структура, используемая в бортовой аппаратуре, позволяет исключить крэзксфеленше шфосы напржшия хоюсгаго жда V^ ФЭП, обусловленные переходом солнечной батареи из "теневой" зоны в "световую" при движении по орбите. В настоящей работе была получена и исследована опытная партия КСС для ФЭП, с параметрами £7^=6,2 В; I =34 1 мА. КСС имели и = 6,25 В при токе /=100 мА, динамическое сопротивление не превышало 10 Ом, а при 17=0,7находилось в пределах (500700) мкА. Испытания интегральной структуры ФЭП в диапазоне температур (-120 -н+10 °С) показали, что ее выходное напряжение ограничено на уровне 5,8 В. Это обеспечивает стабильность питания бортовой сети и исключает тепловыделение в гермоотсеке космического аппарата.

Показана также целесообразность использования базовых кремниевых структур с разделительными р+ областями для силовых полупроводниковых приборов на токи до 100 Л. Выявлено, что применение разработанной технологии в промышленности при изготовлении мезастеклопассивировап-ных диодных и тиристорных "чипов" позволяет повысить средний класс приборов на две единицы при увеличении выхода годных структур, по сравнению с серийно выпускаемыми приборами на ОАО "Элемент-Преобразователь".

Выявлены перспективные направления использования предложенной технологии для микроэлектронных целей, а также в технологии создания приборов с электростатическим управлением и СИС.

Общие выводы.

1. Разработаны физико-металлургические основы нового технологического процесса изготовления базовых кремниевых структур с объемными элементами для дискретных полупроводниковых приборов и приборов микроэлектронного назначения. Предложенный процесс включает две основных технологических стадии: формирование дискретных зон избирательным смачиванием расплавом полупроводниковой подложки и миграцию зон в поле температурного градиента в объеме кристалла.

2. Предложена модель локального диффузионного растворения кремния в жидком алюминии в процессе формирования жидких дискретных зон через окисную маску, позволившая установить количественные соотношения, определяющие взаимосвязь:

- наименьшей ширины вскрытого окна с коэффициентом поверхностного натяжения, толщиной окисного слоя, плотностью раствора-распла-

ва, конструкционными особенностями формирователя;

- глубины проникновения зонообразующего материал в кристалл с температурно - временными режимами процесса формирования зоны.

3. На основе указанной модели предложен и реализован способ формирования тонких (30-70 мкм) дискретных зон избирательным смачиванием подложки непосредственно из расплава жидкой фазы.

Показано, что введение добавок ва и Бс, снижающих коэффициент поверхностного натяжения зонообразующего расплава на основе А1 позволяет снизить температуру процесса формирования дискретных зон, обеспечив необходимую стойкость маскирующего покрытия к образованию проколов. При этом специально созданные температурные условия в подложке способствуют погружению дискретных зон в объем кристалла.

4. Исследована кинетика миграции тонких дискретных зон в системе 5ьА1-Са и 51-А1-5с. Экспериментально получены зависимости скорости миграции линейных зон от температуры процесса и толщины зон. Обнаружено, что при концентрациях добавок Са и 5с в интервале (0,03-0,5 мас.%) наблюдается смещение диффузионного режима в область тонких зон (/<15 мкм) и технологически значимое увеличение скорости зон в кинетическом режиме.

5. Предложен и реализован способ повышения устойчивости миграции дискретных зон, основанный, на создании в кристалле температурных условий, гарантированно подавляющих траекторную нестабильность миграции дискретных зон. Впервые обнаружен и исследован эффект стабилизации процесса миграции дискретных зон под действием пространственной локализации теплового потока в заданных областях кристалла.

6. Предложен и реализован способ ЖЭГТ, основанный на создании переменного температурного градиента в подложке при неизменной ее средней температуре. Способ позволяет путем искусственного нарушения стационарности процесса снять ограничения метода ЖЭГТ по толщине дискретных зон, связанные с пороговыми эффектами на межфазных границах.

7. Предложены и реализованы конструкции двух компактных термических модулей для ЖЭГТ: а) роторный формирователь дискретных зон с регулируемым градиентом температуры от 0 до 20 °С/см; б) цилиндрический градиентный нагреватель, обеспечивающий стабильную миграцию ансамбля дискретных зон в объеме кристалла. Кроме того, для реализации нестационарного процесса ЖЭГТ дополнительно разработана конструкция градиентного модуля с осевой симметрией, позволяющая реверсировать направление градиента температуры в подложке при сохранении ее средней температуры.

8. Исследованы электрофизические свойства эпитаксиальных каналов, структур и приборюв на их основе. Установлено, что применение зоно-образующих материалов с добавками компонентов, обеспечивающих снижение при ЖЭГТ коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость-кристалл, способствует ослаблению дефектообразования в кремнии. Исследованы электрофизические свойства п-р+-п структур и полупроводниковых приборов, показаны преимущества разработанной технологии.

9. Разработанный базовый технологический процесс изготовления кремниевых структур с объемными элементами и термическое оборудование для его реализации использованы в опытном производстве интегральных ФЭП на ОАО "Сатурн" (г. Краснодар) и базовых структур с разделительными р+ областями для силовых полупроводниковых приборов на токи до 100 А в ООО "Элемент - Преобразователь" (Украина, г. Запорожье).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В ПУКЛИКАИИЯХ

1. Влияние малых добавок в жидкую фазу на кинетику роста и свойства эпитаксиальных слоев кремния / В.Н. Лозовский, A.B. Балюк, JI.M. Середин, Б.М. Середин II Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Тр. Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, 26-29 июня 1994 г.,Таганрог: ТРТУ.1994. -Ч. 1. -С.18

2. Балюк A.B., Середин J1.M., Середин Б.М. Кремниевые интегральные стабилизирующие структуры для фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Тр. Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, 26-29 июня

1994 г.,Таганрог:ТРТУ,1995. -Ч. 2. -С.57

3. Колебательные процессы на межфазных границах при ЗПГТ в стационарном тепловом поле / С.Ю. Князев, В.Н. Лозовский, A.B. Балюк, Л.М. Середин //Изв. вузов. Физика. -1995. -N3. -С.68-73.

4. Князев С.Ю., Балюк A.B., Середин Л.М. Особенности кинетики боковой зонной перекристаллизации полупроводниковых кристаллов в поле температурного градиента. // Изв. вузов. Физика. -1996. -Nl. -С.67-71.

5. Лозовский В.Н., Балюк A.B., Середин Л.М. Кристаллическое совершенство кремниевых структур с объемными элементами для трехмерных СБИС. //Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Тр. Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, 10-15 сент.

1995 г., ТаганропТРТУ, 1995. -С.35.

6. Лозовский В.Н., Балюк A.B., Середин Л.М., Константинова Г.С. Способы стабилизации траектории дискретных зон в кремнии при термо-

миграции. II там же. -С.37.

7. Термическое оборудование для формирования межсоединений элементов СБИС с трехмерной архитектурой / В.Н. Лозовский, A.B. Балюк, Л.М. Середин, Б.М. Середин // там же. -С.36

8. Влияние нестационарных тепловых условий на кинетику ЗПГТ при формировании кремниевых структур с объемными элементами микроэлектронного назначения / В.Н. Лозовский, С.Ю. Князев, Л.М. Середин,

A.C. Нефедов II Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Тр. III Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, ТаганропТРТУ, Дивноморское, 1996. -С.54.

9. Балюк A.B., Середин Л.М., Середин Б.М. Применение метода ЖЭГТ в разработке приборов с электростатическим управлением // там же. -С.53.

10. Балюк A.B., Середин Л.М., Середин Б.М. Термическое оборудование для получения кремниевых эпитаксиальных п(р)-р* структур / Ново-черк. политехи, ин-т.- Новочеркасск, 1993. -28 с. Деп. в ВИНИТИ 11.01.93, №14-В93.

11. Получение кремниевых стабилизирующих структур для ФЭП методом ЗПГТ / A.B. Балюк, Л.М. Середин, В.Г. Майстренхо, А.И. Финтисов // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: НПИ, 1991.-С. 130-134.

12. Балюк A.B., Середин Л.М. Получение и свойства базовых кремниевых структур для стабилизации напряжения солнечных батарей / Ново-черк. политехи, ин-т. -Новочеркасск, 1993. -23 с. Деп. в ВИНИТИ 1.01.93, №15-В93.

14. Князев С.Ю., Балюк A.B., Середин Л.М. Особенности кинетики зонной перекристаллизации с переменным градиентом температуры. // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: НГТУ, 1993. -С.79-83.

15. A.c. 1653480 СССР, МКИЗ Н 01 L 21/208/ В.Н. Лозовский, Г.С. Константинова, A.B. Балюк, Л.М. Середин, 1991.

16. A.c. 1669332 СССР, МКИЗ Н 01 L 21/208/ В.Г. Майстренко, A.B. Балюк, В.Н. Лозовский, Л.М. Середин., 1991.

17. Пат. 2026895 СССР, МКИЗ 6 С 30 В 19/02.29/06/ Крыжановский

B.П., Балюк A.B., Середин Л.М., Овчаренко А.Н., Обуховский А.Н., 1995.

18. Компьютерное моделирование теплового поля резистивного градиентного нагревателя / В.Н. Лозовский, С.Ю. Князев, Л.М. Середин, A.C. Нефедов // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлек-

троники: Тр. V Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, Таганрог: ТРТУ, Дивноморское, 1998.

19. Балюк A.B., Середин JI.M., Середин Б.М. Оптимизация технологических режимов струйно-абразивной обработки кремниевых полупроводниковых подложек // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: ЮРГЩНПИ), 1999.-С.57-63.

20. Балюк A.B., Середин JI.M., Середин Б.М. Термический модуль для формирования дискретных зон на поверхности кремниевых подложек // там же.-С.бЗ-бб.

Подписано к печати 18.04.2000. Заказ № 38 Усл. п.л. 1,25

Учебно-производственный центр "Набла" Южно-Российского государственного технического университета Изд. лицензия ЛР №020417 от 12.02.1997 г.

Отпечатано УПЦ "НАБЛА" ЮРПГУ (НПИ) 346428, ул. Просвещения, 132, г. Новочеркасск

Введение.

1. Литературный обзор и постановка задачи исследований.

1.1. Обзор методов получения кремниевых структур с объемными элементами.

1.2. Обоснование выбора технологического метода.

1.3. Анализ известных способов ЖЭГТ кремния с использованием дискретных зон.

1.4. Аппаратурное оформление способов ЖЭГТ кремния на основе дискретных зон.

1.5. Постановка задачи исследований.

Выводы.

2. Исследование и разработка способов формирования дискретных зон в кремниевых подложках

2.1. Общие замечания.

2.2. Исследование причин невоспроизводимого формирования дискретных зон методом избирательного смачивания.

2.3. Способ формирования дискретных зон избирательным смачиванием подложки бинарными расплавами А1Ме.

2.4. Способ формирования зон из тонкого вертикального слоя раствора - расплава.

2.5. Оптимизация обработки поверхности кремния перед формированием дискретных зон.

2.6. Обоснование применения предложенных способов и технологические схемы их реализации.

Выводы.

3. Исследование основных закономерностей ЖЭГТ кремния с использованием дискретных зон.

3.1. Общие замечания.

3.2. Исследование особенностей кинетики трехкомпонентных дискретных зон на основе алюминия в кремнии.

3.3. Исследования особенностей кинетики жидкофазной эпитаксии кремния из тонкого вертикального слоя раствора-расплава

3.4. Разработка и исследование способа стабилизации траектории дискретных зон в кремнии.

3.5. Особенности ЖЭГТ кремния с переменным градиентом температуры.

3.5.1. Теоретические исследования миграции тонких зон.

3.5.2. Особенности кинетики дискретных зон при ЖЭГТ кремния с переменным градиентом температуры

3.6. Общие требования к технологическому процессу и схемы операций ЖЭГТ кремния с дискретными зонами.

Выводы.

4. Разработка высокопроизводительного термического оборудования для ЖЭГТ с дискретными зонами.

4.1. Общие замечания.

4.2. Разработка термического модуля для формирования дискретных зон на поверхности кремниевых подложек.

4.3. Разработка термического модуля для эпитаксиапьного наращивания

4.3.1. Конструкция шестипозиционного нагревательного устройства для миграции дискретных зон.

4.3.2. Компьютерное моделирование теплового поля резистивного излучателя тепла.

4.3.3 Разработка нагревающего устройства для ЖЭГТ цилиндрического типа с осевой симметрией.

Выводы.

5. Свойства локальных эпитаксиапьных каналов, структур с объемными элементами и приборов на их основе.

5.1. Общие замечания.

5.2. Экспериментальные исследования электрофизических свойств эпитаксиальных каналов и прилегающих областей исходного кристалла.

5.2.1. Кристаллическое совершенство структур с объемными элементами.

5.2.2 Исследование зависимости концентрации легирующих примесей в эпитаксиальных каналах от условий их формирования.

5.3. Электрические свойства кремниевых структур с объемными элементами и приборов на их основе.

5.3.1. Структуры с разделительными р+ областями для силовых полупроводниковых приборов на токи до 100 Л

5.3.2. Структуры для солнечных батарей, работающих в условиях широких диапазонов освещенности и температуры.

5.4. Перспективы применения разработанной технологии для создания трехмерных БИС и силовых ИС.

Выводы.

Актуальность темы. В последние годы в полупроводниковой электронике выявлен ряд проблем, решение которых традиционными технологическими методами затруднено или невозможно по принципиальным соображениям. Эти проблемы, обусловленные, главным образом, использованием только приповерхностных областей исходной подложки, имеют место в технологических процессах изготовления как микроэлектронных схем (ИС), так и дискретных полупроводниковых приборов.

Так, неизбежным следствием планарной технологии получения ИС является использование более 96% полупроводникового материала в подложке лишь в качестве механического опорного слоя. Это приводит к недоиспользованию для полезных целей объема и тыльной поверхности подложки, к дополнительным трудностям в организации межэлементной разводки и к усложнению пространственной компоновки ИС, а также применению контактов, затеняющих часть фоточувствительных элементов и матриц полупроводниковых источников энергии.

Многие технологические проблемы создания и получения дискретных полупроводниковых приборов также были бы сняты или существенно ослаблены при наличии конкурентоспособного технологического метода, позволяющего создавать активные элементы в объеме кристалла. К таким приборам относятся стабилитроны и диоды различного назначения, стабис-торы, варикапы, кремниевые фотоэлектропреобразователи (ФЭП), тензо-датчики и датчики температуры, полевые транзисторы и др. При этом, наряду с новыми возможностями в конструировании этих приборов, формирование активных р-n переходов в областях кристалла, не затронутых механической обработкой и не подверженных влиянию различных поверхностных эффектов, позволило бы приблизить к теоретическим значения электрических параметров приборов, повысить их стойкость к воздействию различного рода внешних факторов.

Отмеченные выше проблемы могут быть в значительной степени преодолены при использовании в технологии получения базовых структур ИС и дискретных приборов метода жидкофазной эпитаксии в поле температурного градиента (ЖЭГТ) на основе зон линейной и точечной форм. Этот метод позволяет получать как многослойные структуры, так и структуры со встроенными в объем кристалла каналами цилиндрической, трубчатой и других форм. При использовании подходящих растворителей миграция жидких дискретных зон в кристалле осуществляется при сравнительно невысоких температурах (900-1200 °С) со скоростью 50-500 мкм/ч, направление движения зон в кристалле определяется градиентом температуры, концентрация вводимой в кристалл примеси регулируется в широких пределах составом и размером жидких зон.

В последние годы предприняты неоднократные попытки применить метод ЖЭГТ на основе дискретных зон для решения ряда задач полупроводниковой фотоэнергетики и силовой полупроводниковой электроники. Апробация данных разработок в промышленных условиях показала актуальность постановки задачи по созданию и исследованию основ универсальной технологии, обеспечивающей приемлемый процент выхода годных структур, высокую производительность и энергетическую эффективность. Вместе с тем практический интерес это предложение может вызвать только при наличии методики воспроизводимого процесса ЖЭГТ на тонких дискретных зонах размером в несколько микрометров. Для разработки такой технологии недостаточно изученными оказались процессы формирования дискретных зон уменьшенных геометрических размеров на поверхности кристалла, стадия их погружения в кристалл, процессы, влияющие на стабильность движения дискретных зон в кристалле.

Актуальной является также и задача создания высокопроизводительного оборудования для реализации метода ЖЭГТ. Известное оборудование для миграции дискретных зон не удовлетворяет условиям серийного производства, что затрудняет освоение метода ЖЭГТ на перспективных направлениях.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка физико-металлургических основ технологии получения кремниевых приборных структур с объемными элементами методом ЖЭГТ, обеспечивающей приемлемый процент выхода годных приборных структур при высокой производительности процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Исследовать процессы формирования дискретных зон избирательным смачиванием зонообразующим расплавом поверхности кремниевой подложки, выявить причины невоспроизводимости этого процесса и условия их устранения.

2. Разработать эффективные методики воспроизводимого нанесения материала тонких жидких дискретных зон на поверхность подложки.

3. Исследовать основные закономерности кинетики ЖЭГТ кремния на основе тонких дискретных зон.

4. Исследовать причины траекторной нестабильности миграции дискретных зон. Разработать методики, обеспечивающие стабильную миграцию дискретных зон в кремнии.

5. Определить принципы конструирования и разработать высокопроизводительное термическое оборудование для получения кремниевых структур с объемными элементами методом ЖЭГТ.

6. Исследовать кристаллическое совершенство и электрофизические свойства формируемых эпитаксиальных каналов, локальных р+ областей, n-p+-n структур и приборов на их основе.

Научная новизна работы:

1. Предложена модель процесса формирования жидких дискретных зон, учитывающая влияние температурно-временных режимов процесса на воспроизводимость смачивания кремния расплавом алюминия через окис-ную маску и локальное диффузионное растворение кремния в жидком алюминии. Выявлена корреляция между коэффициентом поверхностного натяжения зонообразующего материала на границе кристалл-расплав и шириной вскрытого окна в окисном слое, что позволило обосновать применение ряда металлов Периодической системы в качестве добавок в зонообразую-гций материал.

2. Исследовано влияние микрорельефа поверхности кремния перед стадией формирования тонких дискретных зон на воспроизводимость процесса. Найдены оптимальные параметры микрорельефа поверхности кремниевой подложки, при которых достигается ее наилучшее смачивание жидким металлом.

3. Впервые обнаружен и исследован эффект стабилизации процесса миграции дискретных зон в кристалле под действием пространственной локализации теплового потока, что позволило разработать новый подход повышения устойчивости миграции дискретных зон.

4. Выполнен анализ влияния на скорость миграции тонких дискретных зон пороговости кинетических процессов на межфазных границах дискретной зоны, на основании которого предложена методика применения переменного температурного градиента в подложке при ее вращении, обеспечивающая увеличение скорости и стабильности миграции тонких дискретных зон.

5. Разработаны научные основы технологического процесса изготовления объемных эпитаксиальных каналов и областей методом ЖЭГТ, позволяющего повысить воспроизводимость и улучшить качество структур.

Практическая значимость. В работе предложены и разработаны:

- способы воспроизводимого формирования дискретных зон, основанные на использовании малых добавок Ga и Sc в зонообразующий материал (патент N2026895 от 20.01.95 и А.с. N1669332 от 22.01.91);

- способ управления траекторией дискретных зон локализацией теплового потока в полупроводниковой подложке кремния, обеспечивающий высокую траекторную стабильность процесса термомиграции жидких зон (А.с. N 1653480 от 11.07.89);

- конструкции формирователя дискретных зон роторного типа и нагревающего устройства цилиндрического типа с осевой симметрией для термомиграции.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель процесса формирования дискретных зон применима: а) для нахождения критического значения ширины вскрытого окна г, ниже которого получить дискретную зону с воспроизводимыми параметрами не возможно; б) для определения взаимосвязи глубины проникновения зонооб-разующего материала в кристалл с температурно-временными режимами процесса избирательного смачивания.

2. Введение добавок Ga и Sc, снижающих коэффициент поверхностного натяжения зонообразующего расплава на основе А1, позволяет: а) улучшить смачивание поверхности кремния раствором-расплавом; б) уменьшить критическое значение ширины вскрытого окна г; в) снизить температуру процесса формирования дискретных зон; г) обеспечить необходимую стойкость маскирующего покрытия к образованию проколов.

3. Предложена методика струйно-абразивной обработки поверхности подложки, обеспечивающая оптимальные параметры ее микрорельефа ш ероховатость поверхности 0 ,1< R < 0,2 МКМ И Глубину нарушенного СЛОЯ hT < 5 мкм) для воспроизводимого формирования тонких дискретных зон.

4. Обнаруженный эффект гарантированного подавления траекторией нестабильности процесса термомиграции дискретных зон при локализации теплового потока в местах дополнительной жидкой прослойки на тыльной поверхности подложки.

5. Применение импульсного вращения подложки относительно нагревающей поверхности с частотой 1-2 Гц и скважностью 2-4 позволяет при постоянной средней температуре процесса повысить скорость миграции тонких дискретных зон в 3-4 раза, а также их деформационную и траекторную стабильность, относительно стационарного режима ЖЭГТ.

6. Результаты исследования характеристик п-р+-п структур с объемными эпитаксиальными областями и приборов на их основе, изготовленных с помощью ЖЭГТ.

7. Основы технологии и термическое оборудование для получения кремниевых структур методом ЖЭГТ.

Реализация результатов работы. Выполненные в диссертационной работе исследования связаны с госбюджетной и хоздоговорной тематикой кафедры физики ЮРГТУ (НПИ), направленной на решение поисковых и прикладных научно-исследовательских работ для ряда промышленных предприятий и научно-исследовательских институтов.

Технологический процесс изготовления кремниевых п-р+-п структур и термическое оборудование для его реализации использованы в серийном производстве мезастеклопассивированных диодных "чипов" в ООО "Элемент-Преобразователь" (Украина, г. Запорожье) и фотоэлектрических преобразователей ОАО "Сатурн" г. Краснодар. Результаты настоящих исследований представляют практический интерес для ГНПП НЗПП с ОКБ (г. Новосибирск), АООТ ВЗПГ1 (г. Воронеж), ЗАО "Транзистор" (Армения, г. Ереван) и других предприятий специализирующихся на выпуске полупроводниковых приборов, ИМС и СИС, в которых могут найти применение структуры с объемными р+-областями и каналами.

Результаты диссертационных исследований используются в учебном процессе ЮРГТУ(НПИ) при подготовке студентов по специальности 200200 "Микроэлектроника и полупроводниковые приборы".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на объединенных научных семинарах проблемной лаборатории микроэлектроники, ОНИЛ "Микрометаллургии полупроводников", НИЛ "Кристалл" и кафедры физики ЮРГТУ(НПИ), научно-практических конференциях ученых ЮРГТУ(НПИ); III Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления развития конструирования, технологии и исследования силовых полупроводниковых приборов" (г. Москва, 1991); научно-практическом семинаре-выставке "Лазеры и современное приборостроение" (г. Санкт-Петербург, 1991); молодежной научной конференции "XXI Гагаринские чтения" (г. Москва, 1995); Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (г. Москва, 1994); международной научно-технической конференции "Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники" (г. Егорьевск, 1995); I, II, III, IV и V Всероссийских научно-технических конференциях с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (г. Таганрог, 1994-1998).

Публикации и личный вклад автора. По материалам диссертации опубликовано 31 печатная работа, в числе которых 2 авторских свидетельства на изобретение, 1 патент РФ, 12 статей, включая 2 в центральных научных журналах, которые написаны в соавторстве и изложены в диссертационной работе (ссылки 121-151 в списке литературы). Материалы диссертации использовались в 5 отчетах о НИР.

Диссертационная работа выполнена под научным руководством доктора физико-математических наук, профессора Лозовского В.Н., который поставил задачи исследования и руководил работой на всех этапах.

По тематике диссертации автором лично выполнено следующее: построена модель процесса формирования дискретных зон; разработаны алгоритмы и составлены программы на языке Pascal для реализации компьютерного моделирования процесса локального диффузионного растворения кремния в жидком алюминии в процессе формирования дискретных зон, а также теплового поля, создаваемого градиентным резистивным нагревателем. Проведены экспериментальные исследования основных закономерностей ЖЭГТ кремния с использованием дискретных зон. Сконструированы и изготовлены два термических модуля для ЖЭГТ.

При содействии Балюка А.В. проведены теоретические и экспериментальные исследования процессов формирования и термомиграции тонких зон, разработаны конструкции роторного формирователя жидких дискретных зон и цилиндрического градиентного нагревателя с осевой симметрией. Соавторы публикаций Балюк А.В., Князев С.Ю., Константинова Г.С. и Середин Б.М. принимали участие в постановке экспериментов и обсуждении полученных результатов исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав (с аннотацией и выводами по каждой главе), общих выводов, списка цитируемой литературы из 185 наименований, 2 приложений. Работа изложена на 172 страницах, включая 95 рисунков и 1 таблицу.

Общие выводы

1. Разработаны физико-металлургические основы нового технологического процесса изготовления базовых кремниевых структур с объемными элементами для дискретных полупроводниковых приборов и приборов микроэлектронного назначения. Предложенный процесс включает две основных технологических стадии: формирование дискретных зон избирательным смачиванием расплавом полупроводниковой подложки и миграцию зон в поле температурного градиента в объеме кристалла.

2. Предложена модель локального диффузионного растворения кремния в жидком алюминии в процессе формирования жидких дискретных зон через окисную маску, позволившая установить количественные соотношения, определяющие взаимосвязь:

- наименьшей ширины вскрытого окна с коэффициентом поверхностного натяжения, толщиной окисного слоя, плотностью раствора-расплава, конструкционными особенностями формирователя;

- глубины проникновения зонообразующего материал в кристалл с температурно-временными режимами процесса формирования зоны.

3. На основе указанной модели предложен и реализован способ формирования тонких (30-70 мкм) дискретных зон избирательным смачиванием подложки непосредственно из расплава жидкой фазы.

Показано, что введение добавок Ga и Sc, снижающих коэффициент поверхностного натяжения зонообразующего расплава на основе А1, позволяет снизить температуру процесса формирования дискретных зон, обеспечив необходимую стойкость маскирующего покрытия к образованию проколов. При этом специально созданные температурные условия в подложке способствуют погружению дискретных зон в объем кристалла.

4. Исследована кинетика миграции тонких дискретных зон в системе Si-Al-Ga и Si-Al-Sc. Экспериментально получены зависимости скорости миграции линейных зон от температуры процесса и толщины зон. Обнаружено, что при концентрациях добавок Ga и Sc в интервале (0,03-0,5 мас.%) наблюдается смещение диффузионного режима в область тонких зон (/к 15 мкм) и технологически значимое увеличение скорости зон в кинетическом режиме.

5. Предложен и реализован способ повышения устойчивости миграции дискретных зон, основанный на создании в кристалле температурных условий, гарантированно подавляющих траекторную нестабильность миграции дискретных зон. Впервые обнаружен и исследован эффект стабилизации процесса миграции дискретных зон под действием пространственной локализации теплового потока в заданных областях кристалла.

6. Предложен и реализован способ ЖЭГТ, основанный на создании переменного температурного градиента в подложке при неизменной ее средней температуре. Способ позволяет путем искусственного нарушения стационарности процесса снять ограничения метода ЖЭГТ по толщине дискретных зон, связанные с пороговыми эффектами на межфазных границах.

7. Предложены и реализованы конструкции двух компактных термических модулей для ЖЭГТ: а) роторный формирователь дискретных зон с регулируемым градиентом температуры от 0 до 20 град/см\ б) цилиндрический градиентный нагреватель, обеспечивающий стабильную миграцию ансамбля дискретных зон в объеме кристалла. Кроме того, для реализации нестационарного процесса ЖЭГТ дополнительно разработана конструкция градиентного модуля с осевой симметрией, позволяющая реверсировать направление градиента температуры в подложке при сохранении ее средней температуры.

8. Исследованы электрофизические свойства эпитаксиальных каналов, структур и приборов на их основе. Установлено, что применение зоно-образующих материалов с добавками компонентов, обеспечивающих снижение при ЖЭГТ коэффициента поверхностного натяжения на границе жидкость-кристалл, способствует ослаблению дефектообразования в кремнии. Исследованы электрофизические свойства п-р+-п структур и полупроводниковых приборов, показаны преимущества разработанной технологии.

9. Разработанный базовый технологический процесс изготовления кремниевых структур с объемными элементами и термическое оборудование для его реализации использованы в опытном производстве интегральных ФЭП на ОАО "Сатурн" (г. Краснодар) и базовых структур с разделительными р+ областями для силовых полупроводниковых приборов на токи до 100 А в ООО "Элемент - Преобразователь" (Украина, г. Запорожье).

1. Миллер Р. Элементы интегральных схем.: Пер. с анг. / Р. Миллер, Т. Кейминс. -М.: Мир, 1989. 630 с.

2. Симоне Дж. ЭВМ пятого поколения: компьютеры 90-х годов: Пер. с англ.- М.: Финансы и статистика, 1985. 173 с.

3. Моритани М. Современная технология и экономическое развитие Японии: Пер. с англ. М.: Экономика, 1986. - 264 с.

4. Ермолаев Ю.П. Конструкции и технология микросхем (ГИС и БИС) / Ю.П. Ермолаев, М.Ф. Пономарев, Ю.Г. Крючков М.: Сов. радио, 1980. - 252 с.

5. Таруи Я. Основы технологии СБИС: Пер. с японского / Под ред. В.Г. Ржанова. М.: Радио и связь, 1985. - 479 с.

6. Дорошенко В.Г., Закс М.Б., Калашьян В.А. и др. // Гелиотехника. 1979.-№4.-С.14-18.

7. Колосов А.А. Полупроводниковые твердые схемы / А.А.Колосов, Ю.И. Горбунов, Ю.Е. Наумов М.: Сов. радио, 1965. - 504 с.

8. Маслов А.А. Технология кремниевых приборов. М.: Энергия. -1970. - 152 с.

9. Заявка 2270677 Франция, МКИ-Н01Ь 021/22. Способ глубокой диффузии примеси в кремний. №411022. - Опубл. 9.01.76.

10. Blunt P. Reliable thuristors and truacs in T0-220 plastik packages / / Electronic components and aplication. 1979. - V.2, Nol. - P.53-57.

11. Заявка 60-54774 Япония, МКИ-Н01Ь 021/225. Способ изготовления полупроводниковых элементов. №53-2764. - Опубл. 02.12.85

12. Заявка 60-103670 Япония, МКИ-HOIL 021/225. Способ изготовления полупроводниковых приборов. -Опубл. 10.12.85

13. Gibbon C.F., Povilonis E.I., Ketchow D.R. The Effect of Mask Edges on Dopant Diffusion info Semiconductors // J.Elecrochem. Soc.- v.l 19.1972. p.767.

14. Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефект в полупроводниках. -Л.: Наука, 1972. 384 с.16. Заявка 59-117174 Япония.

15. Патент 2085897 Великобритания, H01L 021/22, 021/302, 021/78. Способ изготовления полупроводника.

16. Патент 204349 ГДР, H01L 021/225, 021/302. №2371979. Способ изготовления глубоких диффузионных областей в силовых транзисторах. -№2371979. Опубл. 23.11.83.

17. Pat. 4104086. United States, H01L 21/76, H01L 27/00. Method for forming isolated regions of silicon utilizing reactive ion etching / J. A. Bondur, H.B. Pogge. No 824361. -Aug. 1, 1978.

18. Заявка 60-101945 Япония, Способ изготовления полупроводниковых приборов. Опубл. 10.08.85.

19. Camisa R.L. FET Seitable for monoligic Integration, wiht Laser -Processeol ctate and Prain Via Connections / R.L. Camisa, G.C. Tayior, F.P. Cuomo // RCA Review, 1984. V. 45. - P.841-844.

20. Смачивание и поверхностные свойства расплавов и твердых тел / Г.А. Григорьев, B.JT. Лапин, B.C. Балеевский и др/ Киев: Наукова думка, 1972. -С. 80.

21. Киреев В.Ю. Плазмохимическое и ионно-плазменное травление микроструктур / В.Ю. Киреев, Б.С. Данилин, В.Н. Кузнецов . М.: Радио и связь, 1983. - 125 с.

22. Лазеры в технологии / Под ред. М.Ф. Стельмаха М.: Энергия, 1975. - 139 с.

23. Pat. 4595428 United States, H01L 021/228. Method for producing high-aspect ratio hollow diffused regions in a semiconductor body / T.R. Anthony, D.E. Houston, J.A. Loughran No.:567708. -June 17, 1986.

24. Pat. 4437109 United States. Silicon-on-sapphire body with conductive paths therethrough / T.R. Anthony, R.J. Connery, Jr.D. Hoeschele. March 13, 1984.

25. Pat 4515642 United States, H01L 017/. Method of forming deep aluminum doped silicon by implanting Al and Si ions through alumina layer and device formed thereby. No.: 525484. - May 7, 1985

26. A.c. 649270 СССР, МКИ-HOIL 21/263. Способ создания в кремнии слоев n-типа проводимости. №2467255. - Опубл. 15.02.84.

27. Заявка 3511363 ФРГ, МКИ-С30В 31/20. Способ формирования путем нейтронного легирования в кремниевых пластинах областей с регулируемой степенью легирования.- №3511363. Опубл. 09.10.86.

28. Легирование полупроводников методом ядерных реакций / Л.С.

29. Смирнов, С.П. Соловьев, В.Ф. Стась, В.А. Харченко. Новосибирск: Наука, 1981. - 179 с.

30. Пранявичус JI. Модификация свойств твердых тел ионными пучками / JI. Пранявичус, Ю. Дудонис. М.: Энергия, 1975. -156 с.

31. Pat. 4325879 United States , С07С 117/00, С07С 121/86. Amino-14 steroid derivatives and process for preparation of the same / F.X. Jarreau, J.J. Koenig No.: 182546. - Aug. 29, 1980.

32. Технология и аппаратура газовой эпитаксии кремния и германия / И.М. Скворцов и др. М.: Энергия, 1978. -138 с.

33. Андреев В.М. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов / Под ред. Ж.И. Анферова / В.М. Андреев, J1.M. Долги-нов, Д.Н. Третьяков. М.: Советское радио, 1975. -328 с.

34. Жидкофазная эпитаксия кремния / J1.B. Кожитов и др.- М.: Металлургия, 1989. -200 с.

35. Уфимцев В.Б. Физико-химические основы жидкофазной эпитаксии / В.Б. Уфимцев, Р.Х. Акчурин М.: Металлургия, 1983. -222 с.

36. Пфанн В.Дж. Зонная плавка М.: Мир, 1970. - 366 с.

37. Лозовский В.Н. Зонная плавка с градиентом температуры М.: Металлургия, 1972. -240 с.

38. Лозовский В.Н. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов / В.Н. Лозовский, Л.С. Лунин, В.П. Попов. М.: Металлургия, 1972. -240 с.

39. Заявка 2249443 Франция, MKH-H01L 023/52. Проходные электрические соединения полупроводниковых приборов и способ их получения. №411295. - Опубл. 27.06.75.42. А.с. 279727 СССР.

40. Заявка 2249440 Франция, MKH-H01L 023/52. Способ изготовления приборов типа заглубленный диод. №411022. - Опубл. 27.06.73.

41. Nishimura Т. A trhee dimensional static RAM / Т. Nishimura, Y. Inoue, K. Sugahara et al. // 1985 Sympoium on VLSI Technology. Digest of Technical Papes, Kobe, 1985. P. 30-31.

42. Р.Ш. Малкович. Математика диффузии в полупроводниках. -С.-П.: Наука, 1999. - 330 с.

43. Современная кристаллография. -М.: Наука, -1980. -Т. 3. -470 с.

44. Панфилов Ю.В. Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы / Ю.В. Панфилов, В.Т. Рябов, Ю.Б. Цветков -М.: радио и связь, 1988. -320 с.

45. Свойства элементов. Справочник / Под ред. Самсонова Г.В. -М.: Металлургия, 1976. - 4.1. - 600 с.

46. Pat. 4024566 United States, H01L 029/04 H01L 027/10. Deep diode device / T.R. Anthony, H.E. Cline. -No.: 645672. May 17, 1977.

47. Pat. 3977910 United States, H01L 007/34. Deep finger diodes / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.: 545531. - August 31, 1976

48. Pat. 3988770 United States, H01L 29/04, H01L 23/48. Deep finger diodes / T.R. Anthony, H.E. Cline Appl. No.: 559262. - Mar. 17, 1975.

49. A.c. 116836 СССР, МКИ-СЗОВЗЗ/ОО. Способ жидкостного травления полупроводниковых пластин. №3702109. - Опубл. 23.07.85.

50. Pat. 3975213 United States, H01L 21/225. High voltage diodes / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.: 545481. - August 17, 1976.

51. Pat, 3988757 United States, H01L 29/88, H01L 29/90. Deep diode zeners / H.E. Cline, T.R. Anthony. No.: 568,920. - Apr. 17, 1975.

52. Pat. 4032960 United States, H01L 027/02 H01L 029/04. Anisotropic resistor for electrical feed throughs / T.R. Anthony, H.E. Cline. -No.:545482. -June 28, 1977.

53. Pat. 4082572 United States, H01L 021/76 H01L 021/72. Process for making anisotropic resistor for electrical feed throughs / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.: 721537. - April 4, 1978

54. Pat. 3956024 United States, H01L 7/34, H01L 7/00. Process for making a semiconductor varistor embodying a lamellar structure / H.E. Cline, T.R. Anthony. No.: 528253. - Nov. 29, 1974.

55. Pat. 4032965 United States , H01L 23/32, H01L 29/04, H01L 29/ 167. Semiconductor varistor embodying a lamellar structure / H.E. Cline, T.R. Anthony. No.:678292. - Apr. 19, 1976.

56. Pat. 3956026 United States, H01L 7/34, H01L 7/00. Making a deep diode varactor by thermal migration / H.E. Cline, T.R. Anthony. No.:528235. - Nov. 29, 1974.

57. Электроника. M.: Мир, 1977,- №11. -C.7-8.

58. Lischner D. Observations of the Temperature Gradient Zone Melting Process for isolatijng small devices / D. Lischner, H. Basseches, F. Daltroy // J. Electrochem. Soc. -1985. -V. 132, № 12. P. 2997-3001.

59. Termomigration processing of isolations grids in power structures / T. Anthony, I. Boah, H. Chang, H. Cline. IEEE Transactions on Electron Devices, 1976.- V.23, No8. - P.818-823.

60. Int. Electron Devices Meeting, Washington D.C., (Dec. 7-9, 1981), Tech. Dig.- New York, 1981. P. 66.

61. Pat. 3982268 United States, H01L 29/06, H01L 27/04, H01L 29/04, H01L 23/48. Deep diode lead throughs / T.R. Anthony, H.E. Cline -No.: 558221.-Sept. 21, 1976.

62. Pat. 4275410 United States, H01L 23/48. Three-dimensionally structured microelectronic device / J. Grinberg, A. Jacobson, K. Chow. -No.: 964547. -Jun. 23, 1981.

63. Proc. Soc Photo-Opt. Instrum. Eng. 1981, No282.- P.64-72.

64. Pat. 4032955 United States, H01L 029/72 H01L 029/00 H01L 029/ 04. Deep diode transistor / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.: 712716. - June 28, 1977.

65. Pat. 3988764 United States, H01L 7/00, H01L 27/02, H01L 29/04, H01L 23/32. Deep diode solid state inductor coil / H.E. Cline, T.R. Anthony. -No.: 570661. -Oct. 26, 1976.

66. Pat. 4024565 United States, H01L 27/02, H01L 29/06. Deep diode solid state transformer / T.R. Anthony, H.E Cline. -No.:553903. May 17,1977.

67. Pat. 4071378 United States, H01L 021/225. Process of making a deep diode solid state transformer / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.: 738709. -January 31, 1978

68. Рудаков В.И. Трехмерные интегральные схемы / В.И. Рудаков, Ю.И. Горбунов, J1.A. Коледов // Обзоры по электронной технике. Сер. 3 Микроэлектроника / ЦНИИ Электроника. -1987. -Вып. 5 -48 с.

69. Pat. 3979230 United States, H01L 021/228. Method of making isolation grids in bodies of semiconductor material / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.: 519913. -September 7, 1976.

70. Pat, 3988762 United States, H01L 27/04, H01L 29/04, H01L 29/ 167, H01L 29/207. Minority carrier isolation barriers for semiconductor devices / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.:474033. -Oct. 26, 1976.

71. Pat. 3988763 United States, H01L 27/04, H01L 29/04, H01L 7/00. Isolation junctions for semiconductors devices / Jr. Torreno, L. Manuel. -No.:556726. -Oct. 26, 1976.

72. Pat. 4063966 United States, H01L 021/208. Method for forming spaced electrically isolated regions in a body of semiconductor material / T.R. Anthony, H.E. Cline. No.: 676994. -December 20, 1977.

73. Pat. 4006040 United States, H01L 021/225. Semiconductor device manufacture / T.R. Anthony, H.E. Cline, Chang M.F. No.: 645672. -February 1, 1977.

74. Pat. 4040868 United States, H01L 21/225. Semiconductor device manufacture / T.R. Anthony, H.E. Cline, Chang M.F. No.:665276. -Aug. 9, 1977.

75. Pat. 4108685 United States , H01L 021/225. Semiconductor device manufacture / T.R. Anthony, H.E. Cline, Chang M.F. No.: 783167. -August 22, 1978.

76. Pat. 3982269 United States, H01L 29/04, H01L 27/04, H01L 7/00. Semiconductor devices and method, including TGZM, of making same / Jr. M. Torreno, Kurz, F. Bruno, E. Kurz-Beerli, K. Surinder. No.:526225. -Sept. 21, 1976.

77. Малибашев В.А. Зонная перекристаллизация градиентом температуры как метод формирования твердотельных структур: Дис. . канд. физ.-мат. наук.- Ростов: РГУ, 1988.- 270 с.

78. Мазель Е.С. Планарная технология кремниевых приборов / Е.С. Мазель, Ф.П. Пресс. М.: Энергия, 1974.- 383 с.

79. Лозовский В.Н. О стабильности фронта роста при кристаллизации методом движущегося растворителя / В.Н. Лозовский, В.П. Попов // Кристаллография.- 1970. -Т.15, №1. -С.149-155.

80. Попов В.П. О погружении жидких включений в кристалл под действием градиента температуры / В.П. Попов, Л.Я. Малибашева // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск: НПИ, 1974. -В.1. -С.39-44.

81. Применение прецизионных масок для формирования мощных транзисторов / Черный Б.И. и др. // В кн.: Технология полупроводниковых приборов. Таллин: Валгус, 1982.- С. 180-183.

82. А.с. 646780 СССР. Способ изготовления полупроводниковых структур / В.Н. Лозовский, Н.И. Даровский, А.В. Балюк и др. №2318694; Заявл. 20.06.76.

83. А.с. 674513 СССР. Способ получения полупроводниковых эпитаксиальных структур / В.Н. Лозовский, Н.И. Даровский, А.В. Балюк и др.-№2631683; Заявл. 20.06.78.

84. А.с. 915669 СССР. Способ изготовления полупроводниковых кремниевых структур / В.Н. Лозовский, Н.И. Даровский, А.В. Балюк и др. -№3240201; Заявл. 18.02.81.

85. А.с. 1131260 СССР, МКИ С 30 В 19/02 Способ получения структур кремния / В.Н. Лозовский, В.А. Малибашев, Л.Я. Малибашева.-№3604231; Заявл. 04.04.88.

86. А.с. 1031257 СССР, МКИ С 30 В 13/02 Способ получения дискретных структур на основе кремния / В.Н. Лозовский, В.А. Малибашев, Л.Я. Малибашева,- №3358410; Заявл. 22.09.81.

87. А.с. 118461 СССР. Способ изготовления локальных металлических зон / В.Г. Майстренко, В.Н. Лозовский, Ю.В. Скоков, Н.И. Даровский. №3700944; Заявл. 16.02.84.

88. Cline H.E. Thermomigration of aluminium-rich liquid wires through silicon / H.E. Cline, T.R. Anthony // J.Appl.Phys.- 1976.- V.47, No6.- 23322336.

89. Cline H.E. On the Thermomigration of liquid wires / H.E. Cline, T.R. Anthony // J.Appl.Phys.- 1978,- V.49, No5.- P.2777-2786.

90. Anthony T.R. Random-walk of liquid droplets migration in silicon / T.R. Anthony., H.E. Cline // J.Appl.Phys.- 1976. V.47, No6. - P.2316-2324.

91. Etchells R.D. Development of a three-dimensional circuit integration technology and computer architecture / R.D. Etchells, I. Grinberg, G.R. Nudd // Proc. SPIE. 1981. - V.282. -P.64-72.

92. Pat. 4012236 United States, H01L 21/228. Uniform thermal migration utilizing noncentro-symmetric and secondary sample rotation / H.E. Cline, T.R. Anthony. No.:645675. -Mar. 15, 1977.

93. Pat. 4087239 United States, F27B 9/14. Apparatus for imparting combined centrosymmetric and noncentro-symmetric rotation to semiconductor bodies / H.E. Cline, T.R. Anthony. No.: 733239. -May 2, 1978.

94. Pat. 4141757 United States, H01L 21/228. Uniform thermomigration utilizing sample movement / H.E. Cline, T.R. Anthony. No.: 854096. -Feb. 27, 1979.

95. Лозовский B.H., Попов В.П., Константинова Г.С., Ивков В.А. / / Рост кристаллов.- М., 1970. -Т.9.- С.114-118.

96. Сумм Б.Д. Физико-химические основы смачивания и растекания / Б.Д. Сумм, Ю.В. Горюнов М.: Химия, 1976. - 231 с.

97. Политова Н.Ф. Исследование закономерностей диффузии кремния в жидких металлах и сплавах: Дис. . канд. хим. наук.- Новочеркаск: НПИ, 1973,- 149 с.

98. Ниженко В.И. Поверхностное натяжение жидких металлов исплавов: Справочник / В.И. Ниженко, Л.И. Флока. -М.: Металлургия, 1981. 208 с.

99. Кожитов JI.B. Адгезия и смачиваемость кремния расплавами олова с добавками кремния и алюминия / JI.B. Кожитов, В.В. Липатов // Изв. АН СССР. Металлы. 1985, №3. -С. 68-69.

100. The Effect of Sc Addition on A1 Recrystallization. V.V. Zakharov, V.I. Yelagin, T.D. Rostova. "5th International Conference on Aluminium Alloys", Grenoble, France, July 1-5 1996. -Grenoble, 1996.

101. Малибашева Л.Я. Механика погружения дискретных зон в кристалл под действием градиента температуры / Л.Я. Малибашева, В.П. Попов // Прикладная механика: Сб. науч. тр.- Новочеркасск: НПИ, 1974. -Т.319.-С.90-93.

102. Балюк А.В. Разработка основ интегральной технологии и оборудования для изготовления кремниевых структур методом движущегося растворителя: Дисс. . канд. техн. наук.- Таганрог: ТРТИ, 1982.- 217с.

103. Буддо В.И. Нагревательное устройство с плоскооднородным полем температурного градиента / В.И. Буддо, В.А. Малибашев, В.П. Попов // Физика конденсированных сред: Сб. науч. тр.- Новочеркасск: НПИ, 1974-Т.325. С.74-76.

104. Заявка 60-24549 Япония, МКИ3-Н05 36/10. Устройство для зонной плавки с градиентом температуры.

105. Chang M.The application of temperature gradient zone melting to silicon wafer processing / M. Chang, R. Kennedy // J.Elecrochem. Soc V.128-1981.- P.2193-2198.

106. Малибашев В.А. Исследование возможности применения дискретных зон для ЗПГТ на воздухе / В.А.Малибашев, Л.Я. Малибашева // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: НПИ, 1981,- С.110-113.

107. Середин Б.М. Основы технологии жидкофазной эпитаксии кремния в поле температурного градиента на подложках повышенного диаметра: Дис. . канд. техн. наук.- Таганрог:ТРТИ, 1989.- 261с.

108. Колебательные процессы на межфазных границах при ЗПГТ в стационарном тепловом поле / С.Ю. Князев, В.Н. Лозовский, А.В. Балюк, Л.М. Середин // Изв. вузов. Физика. -1995, №3. -С. 68-73.

109. Князев С.Ю. Особенности кинетики боковой зонной перекристаллизации полупроводниковых кристаллов в поле температурного градиента / С.Ю. Князев, А.В. Балюк, Л.М. Середин // Изв. вузов. Физика. -1996, №1. -С.67-71.

110. Балюк А.В. Термическое оборудование для получения кремниевых эпитаксиальных п(р)-р+ структур / А.В. Балюк, JI.M. Середин, Б.М. Середин // Новочерк. политехи, ин-т- Новочеркасск, 1993. -28 с. -Деп. в ВИНИТИ 11.01.93, №14-В93.

111. Получение кремниевых стабилизирующих структур для ФЭП методом ЗПГТ / А.В. Балюк, JI.M. Середин, В.Г. Майстренко, А.И. Финти-сов // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: НПИ, 1991. -С.130-134.

112. Балюк А.В. Получение и свойства базовых кремниевых структур для стабилизации напряжения солнечных батарей/ А.В. Балюк, JI.M. Середин / Новочерк. политехи, ин-т Новочеркасск, 1993. -23 с. -Деп. в ВИНИТИ 1.01.93, №15-В93.

113. Князев С.Ю. Особенности кинетики зонной перекристаллизации с переменным градиентом температуры / С.Ю. Князев, А.В. Балюк, JI.M. Середин // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: НГТУ, 1993. -С.79-83.

114. Исследование возможности получения радиационно-стойких структур силовых полупроводниковых приборов методом ЖЭГТ / А.В. Балюк, JI.M. Середин, Б.М. Середин, Т.Т. Мнацаканов // там же. С.84-89.

115. Эпитаксиальные структуры для силовых тиристоров типа Т123-153 / А.В. Балюк, JI.M. Середин, Б.М. Середин, Ю.И. Сидоров // там же. -С.75-78.

116. А.с. 1653480 СССР, МКИ3 Н 01 L 21/208/ В.Н. Лозовский, Г.С. Константинова, А.В. Балюк, Л.М. Середин. -1991.

117. А.с. 1669332 СССР, МКИ3 Н 01 L 21/208/ В.Г. Майстренко, А.В. Балюк, В.Н. Лозовский, Л.М. Середин. -1991.

118. Пат. 2026895 РФ, МКИ3 6 С 30 В 19/02.29/06/. Способ получения мультикристаллов кремния / В.П. Крыжановский, А.В. Балюк, J1.M. Середин, А.Н. Овчаренко, А.Н. Обуховский. -1995 Заявл. 11 июля 1991; Опубл. 20 января 1995, Бюл. №2.

119. Балюк А.В. Термический модуль для формирования дискретных зон на поверхности кремниевых подложек / А.В. Балюк, Л.М. Середин, Б.М. Середин // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: НПИ, 1999. -С.63-66.

120. Середин Л.М. Кремниевые СБ с ограничителями напряжения в энергетических установках летательных аппаратов / Л.М. Середин, А.В. Балюк // XXI Гагаринские чтения: Тез. докл. молодежной науч. конф, апр. 1995 г., М.: МГАТУ, 1995. -4.2. -С.71.

121. Получение кремниевых структур с объемными элементами микроэлектронного назначения / В.Н. Лозовский, А.В. Балюк, Л.М. Середин, Б.М. Середин // Новые материалы и технологии: Тез. док. Рос. науч.-техн. конф., М., 1994. -С.44

122. Металлические примеси в алюминиевых сплавах / А.В. Курдю-мов, С.В. Инкин, B.C. Чулков, Г.Г. Шадрин // М.: Металлургия, 1988. -143 с.

123. Поверхностное натяжение алюминиевых сплавов и смачивание ими неорганических порообразующих наполнителей / E.JI. Фурман, А.В. Чегулин, А.Б. Финкелынтейн, С.П. Казанцев // Расплавы. -1995. -№2. -С. 27-31.

124. Aluminium Scandium Alloys for Electronic Applications. H.G. Paris, T. Sandlers. "5th International Conference on Aluminium Alloys", Grenoble, France, July 1-5 1996. -Grenoble, 1996.

125. L.S. Toropova, D.G. Eskin, M.L. Kharakterova and T.V. Dobatkina. Advanced Aluminum Alloys Containing Scandium. Structure and Properties, 1998.-192 p.

126. L.S. Kramer. Reviews Sc-Al alloys // ASM International Journal «Advanced Materials & Processes». October 1997. -Vol. 152, No. 4.

127. Cline H.E, Antoni T.R. Thermomigration of molten Ga in Si and GaAs / H.E. Cline, T.R. Antoni // I. of. Appl. Phys. -1979. -V.48, No6. -PP. 2196-2201.

128. Колесниченко А.И. Металлы растворители для перекристаллизации кремния методом зонной плавки с градиентом температуры // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр., -Новочеркасск: НПИ. -1981. -С. 27-33.

129. Характерова M.J1. Фазовые равновесия и свойства алюминиевых сплавов, содержащих скандий, кремний и медь: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М., 1994. -25 с.

130. Толмачева Н.Ю. Фазовый состав и свойства равновесных и бы-строзакаленных сплавов алюминия со скандием, цирконием и ниобием: Автореф. дис. . канд. хим. наук. -М., 1994. -28 с.

131. Д.М. Хейпер. Рентгеновская дифрактометрия монокристаллов.-JL: Машиностроение, 1973. -151 с.

132. Афанасьев A.M. Рентгеновская структурная диагностика в исследовании приповерхностных слоев монокристаллов / A.M. Афанасьев, П.А. Александров, P.M. Имамов.-М.: Наука, 1986. -92 с.

133. Гершанов В.Ю. Электропроводность насыщенных растворов Si в расплавах Al, Си, St / В.Ю. Гершанов, Б.М. Гуров, B.C. Зурнаджян // Изв АН СССР. Неорган, материалы. -1980. -Т. 16, №7. -С.1146-1148.

134. Князев С.Ю. Неравновесный захват примеси при ЗПГТ в нестационарных тепловых условиях // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр.- Новочеркасск: НПИ, 1985. С. 133-135.

135. Файнштейн С.М. Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов. -М.: Энергия, 1970. -296 с.

136. Шлыков Ю.П., Ганин Е.А., Царевский С.Н. Контактное термическое сопротивление. -М.: Энергия, 1977. -328 с.

137. Гегузин Я.С., Кружанов B.C. // Рост кристаллов. М., 1988. - Т. 17. - С. 130-142.

138. Гегузин Я.С., Кружанов B.C., Старухина J1.B. // Кристаллография. -1988. -Т. 33. -Вып. 4. С. 990-993.

139. Трейвус Е.Б. // Физика кристаллизации. -Калинин: КГУ, 1985. Вып. 8. - С. 28-36.

140. Трейвус Е.Б. Кинетика роста и растворения кристаллов. -J1.: Изд-во ЛГУ, 1979. -248 с.

141. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучение: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1991. -432 с.

142. Аракелян А.А., Агасарян P.P. Сокращение ручного труда с помощью струйно-абразивной обработки. М.: Машиностроение, 1987. -32 с.

143. Лозовский В.Н. Метод определения скорости кристаллизации при зонной плавке с градиентом температуры / В.Н. Лозовский, В.А. Ивков, В.П. Попов Изв. Вузов. Физика. -1972. -Т. 4, -вып. 4. -С. 161.

144. Лозовский В.Н. О концентрации акцепторов в кремнии, легированном алюминием/ В.Н. Лозовский, А.И. Колесниченко, Б.М. Гуров // Электронная техника. Сер. Материалы. -1974. -Вып. 12. -С. 107-110.

145. Колтун М.М. Солнечные элементы. -М.: Наука, 1987. -192 с.

146. Baliga B.I. IEEE Transactions on Electron Devices. -1980. -V. 27, No 11. -PP. 2141-2145.

147. Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. М.: Металлургия, 1994. -С. 273-320.

148. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г. Испытания силовых полупроводниковых приборов. -М.: Энергоиздат, 1981. -200 с.

149. Герлах В. Тиристоры: Пер. с нем. М.:Энергоатомиздат, 1985.-328 с.

150. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. -М.: Советское радио, 1963. -655 с.