автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка и исследование технологических процессов анодного сращивания полупроводниковых структур

Московский государственный институт электронной техники (Технический университет)

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ АНОДНОГО СРАЩИВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

Специальность 05.27,06 - технологи* полупроводников и материалов электронной техники.

На правах рук«

т од

ДЬЯЧКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

7

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

АВТОРЕФЕРАТ

Москва • 2000

Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техники (Техническом университете).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Тимошенков С. П.

Официальные оппоненты:

Лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор Калашник О.Н.

кандидат технических наук Черный Б.И. Ведущее предприятие: АООТ ИТТиП

Защита состоится «_»__ 2000 года на заседании

диссертационного совета К» А оуъ. ог. аз

при Московском государственном институте электронной техники по адресу 103498, г. Москва, МГИЭТ (ТУ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭТ Автореферат разослан « »_2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор физ-мат. наук, профессор Б.Г. БУДАГЯН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Создание интегральных схем (ИС) с улучшенными характеристиками по быстродействию, помехозащищенности, энергопотреблению, схем "разумной мощности", микро-электромеханических устройств (акселерометров, гироскопов, датчиков различного типа и т.п.) требует разработки и применения новых технологических процессов. Среди бурно развивающихся технологий процессы термического сращивания являются основой для производства структур типа кремний на изоляторе (КНИ) и многослойных структур для различных микроэлектромеханических систем (МЭМС).

Совершенствование технологий низкотемпературного сращивания необходимо для радикального технологического и технико-экономического улучшения производства структур типа КНИ и элементов микромеханических устройств, используемых для широкой номенклатуры разрабатываемых интегральных схем и приборов.

Цел;, работы,

Исследование и совершенствование технологического процесса низкотемпературного сращивания кремниевых пластин и стекла в присутствии электрического поля для получения многослойных структур.

Достижение поставленной цели складывалось из решения следующих задач:

- разработка методики и экспериментального оборудования для комплексных исследований процесса анодного сращивания;

• установление основных закономерностей, определяющих параметры процесса анодного сращивания полупроводник (металлУсгеюо;

• исследование влияния химического состава стекол на параметры процесса соединения;

• разработка модели, позволяющей объяснить влияние различных факторов на процесс анодного сращивания.

Научная новизна.

Установлено, что при анодном сращивании на границе полупроводник (металлУсгекло протекает электрохимическое окисление анода с образованием новой фазы на основе оксида полупроводника (металла), скорость образования которой, первоначально, лимитируется процессами зарядо- н массопереноса через стекло, а затем через образующуюся новую фазу. На основании проведенных экспериментов впервые предложена модель, позволяющая объяснить влияние различных факторов (температуры, напряжения, времени соединения, полярности приложенного напряжения, химического состава диэлектрика) на процесс анодного сращивания. Исследовано и объяснено влияние Химического состава стекла на параметры процесса соединения.

Практическая значимость,

Полученные в ходе выполнения работы данные были успешно применены при разработке технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов чувствительных элементов датчиков давления в НПК ТЦ МИЭТ, а также для получения многослойных структур кремний на изоляторе (КНИ) (работа выполнялась по заказу секции прикладных проблем Академии Наук РФ). В рамках настоящей работы разработана ИК телевизионно-оптическая система, которая может быть использована для наблюдения макродефектов в сращенном слое и определения геометрических параметров элементов тензочувствительных датчиков.

Практическая значимость работы подтверждена соответствующими актами внедрения.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Модель, позволяющая объяснить влияние различных факторов (температуры, напряжения, времени соединения, полярности приложенного напряжения, химического состава диэлектрика) на процесс анодного сращивания.

2. Механизм влияния химического состава стекла на параметры процесса сра-пжяаиия.

3. Кинетика процесса соединения. Необходимым условием процесса анодного сращивания является наличие отрицательно заряженных вакансий в стекле, Процесс контролируется диффузией вакансий х границе раздела полупроводник (металлустекло и описывается уравнением Аврами (Аврами-Джонсона-Мела-Ерофеева).

Ат<^тт работч,

Результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика-98» (Москва, МИЭТ, 1998 г.);

2. 1-я Российская летняя школа молодых ученых и специалистов по материаловедению и физико-химическим основам технологий монокристаллического кремния «Кремниевая школа-98» (Москва, МИСиС, 1998 г,);

3. Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии-98» (Москва, МАГИ нм. Циалковского, 1998 г.);

4. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика-99» (Москва, МИЭТ, 1999 г.);

5. Научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Датчик-99) (Гурзуф, 1999 г.);

6. II-я Российская конференция по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния («Кремиий-2000») (Москва, МИСнС, 2000 г.);

7. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика-2000» (Москва, МИЭТ, 2000 г.).

Публикации.

По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 20 работ, включая оригинальные статьи в отечественных периодических изданиях и доклады на конференциях. Результаты работы являлись составной частью 2 НИР.

Структура диссертации,

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 138 страницы машинописного текста, включая 9 таблиц, 31 рисунок, список литературы в количестве 147 наименований и приложений, в которых приведены акты реализации результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность темы, сформулированы основная цель, новизна и практическая ценность работы. Кратко изложено содержание основных разделов.

В первой главе проведен анализ развития технологии кремний на изоляторе (КНИ), как одного из наиболее интересных, многогранных и перспективных ма-терналоведческих, технологических, конструкционных и производственных направлений, которое определяет перспективы дальнейшего совершенствования кремниевых интегральных схем (ИС) и других микроэлектронных устройств.

Основное внимание уделено перспективам применения структур кремния с полной диэлегсгрической изоляцией.

Обобщены различные методы изготовления структур КНИ, которые показывают, что к настоящему времени разработано и активно используется более десятка различных способов получения структур, причем каждый из способов имеет, как минимум, несколько вариантов технологических решений.

Систематизированы способы создания структур КНИ, основанные на соединении пластин. Кроме этого, показано, что такие способы упрощают технологию, позволяют добиться более высоких параметров микроэлектронных приборов и открывают перспективы создания принципиально новых конструкций. Одним из наиболее перспективных является низкотемпературное анодное сра-

щивание, которое дает возможность сращивания различных материалов (например, кремния и стекла). В то же время установлено, что существующая теория анодного сращивания абсолютно не позволяет объяснить целый ряд экспериментальных данных по влиянию плотности тока, полярности приложенного напряжения, температуры и химического состава диэлектрика на процесс анодного соединения.

Показано, что технология создания КНИ структур предъявляет особые требования к материалу диэлектрика,

Рассмотрены существующие экспериментальные данные по свойствам н структуре стекол, использующихся в данной работе в качестве диэлектрического материала.

Содержание второй главы посвящено описанию оборудования и методик, использующихся при анализе структур, получаемых в процессе низкотемпературного анодного сращивания.

Приведено описание установки для получения пленок стекла различного состава и толщины на рабочих образцах методом пульверизации суспензии.

Методом дифференциально-термического анализа (ДТА) определены температуры и характер фазовых превращений в используемых в работе стеклах.

Представлена специально сконструированная и собранная установка для проведения экспериментов, позволяющая проводить процессы анодного сращивания при различных условиях (рис.1),

Рис Л. Схема установки анодного сращивания.

Приведена схема, разработанной в ходе выполнения диссертации, телеви-зионно-оптической системы (рис.2), использующиеся для наблюдения макродефектов в сращенном слое.

Рис,2. Схема телевизионно-опгической системы.

При разработке и изготовлении телевизионно-оптической системы было использовано оборудование, сконструированное из узлов фазово-контрастного микроскопа фирмы Carl Zeiss (1). В качестве источника излучения применяли лампы накаливания (2) с фильтрами о ближней ИК-области спектра. Телевизионная система с приемной камерой КТ-3 (3) была использована в качестве детекторов излучения. Разрешающая способность ТВ камеры составляет 400 линий/мм. Изображение передавалось на стандартный телевизионный монитор и на монитор компьютера (4).

В третьей главе для уточнения механизма сращивания исследовалась зависимость плотности тока от величины приложенного напряжения, температуры, времени и химического состава диэлектрика, т.к. существующие представления о процессах, происходящих при анодном сращивании полупроводника или металла с диэлектриком, не позволяют объяснить целый ряд экспериментальных фактов и наблюдений.

При проведении предвартельных экспериментов было установлено, что полярность напряжения, подаваемого на сращиваемую структуру, играет решающую роль, определяя саму возможность осуществления процесса соедине-

пня. Оказалось, что сращивание диэлектрика с полупроводником или металлом происходит, только если на последний подаете! положительный потенциал. Поэтому во всех последующих экспериментах анодом служила пластина в!, на которую, при необходимости, напылялась тонкая пленка металла, например алюминия или золота, а катодом, пленка А1, нанесенная на тыльную поверхность сращиваемого стекла. На обратной стороне пластины формировался омический контакт. Площадь стеклянной пластины превышала площадь кремниевой подложки для того, чтобы свести к минимуму возможные утечки тока через торцы структуры.

Для проведения процессов сращивания был использован вольтстатиче-ский режим.

Определена зависимость плотности тока от приложенного напряжения. Исследование вольтамперных характеристик (ВАХ) структур на основе кремния КДБ12 показало, что в том случае, если в структуре происходит процесс сращивания, то на ВАХ появляется волна, отсутствующал на аналогичной вольтампер-ной характеристике для исходного стекла (рис.3),

Нлл/шжлым, а

Рис.3. Вольтамперная характеристика исходного стекла ЛК105 и структуры 51/ЛК105 (толщина стеклянной пластины - 2 мм).

По своему характеру данная волна аналогична волнам на полярограммал, регистрируемых при полярографическом анализе жидких раааоров. Форма вол•

ны хорошо описывается зависимостью <ГЁ (i - плотность тока, Е - напряженность электрического поля), что говорит о диффузионном контроле процесса. При этом с течением времени волна сдвигается в область более высоких напряжений (рис.3). Все это свидетельствует о том, что в процессе анодного сращивания на границе полупроводник (металл)/диэлектрик происходит электрохимическая реакция, сопровождающаяся образованием новой фазы. Появление слоя новой фазы приводит к снижению напряженности электрического поля внутри структуры и соответствующему сдвигу ВАХ в область более высоких напряжений.

Одновременно происходит уменьшение амплитуды волны со временем, что может говорить о том, что образовавшаяся фаза препятствует дальнейшему протеканию электрохимического процесса.

Анализ процесса сращивания алюминия, предварительно нанесенного в виде тонкой пленки на поверхность кремния со стеклом Ж105, показал, что процесс начинается при величине напряженности поля, большей, чем для кремния и протекает при меньшей величине плотности тока. Этот факт можно объяснить наличием относительно толстой оксидной пленки на поверхности исходного алюминия. Существование двух ярко выраженных волн на вольтамперных характеристиках свидетельствует о том, что в данном случае процесс сращивания протекает в 2 стадии.

Попытка соединить титан со стеклом J1K105 при тех же условиях, что и алюминий, не увенчалась успехом. Однако на поверхности титана под пластиной стекла визуально наблюдался слой оксида. Выдержка титана в аналогичных температурных условиях на воздухе не приводила к столь существенному окислению поверхности последнего. Это доказывает, что в процессе анодного ера-щипания имеет место электрохимическое окисление полупроводника или металла. Соединение титана со стеклом не происходит по той причине, что образующийся оксид титана практически не растворим в стекле ЛК105.

Обобщены результаты по оценке зависимости плотности тока от температуры и времени процесса соединения.

На рмс.4 представлены зависимости плотности тока от температуры процесса соединения стекол ЛК103 и К8 с кремнием (КДБ12) при постоянной напряженности электрического поля (Е-2000 В/см).

Рис.4. Зависимость плотности тока от температуры процесса сращивания

структур; a) JIK105/SI, б) K8/Si.

Как и следовало ожидать, с ростом температуры происходит увеличение плотности тока, причем для структуры стекло JIKjOJ/кремниЙ кривая выходит на насыщение, Последнее обстоятельство лишний раз свидетельствует о диффузионном контроле процесса сращивания.

Анализ зависимостей плотности тока от времени процесса (рис,5) показал, что они хорошо описываются модифицированным уравнением Аврами (Аврами-Джонсона-Мела-Ерофеева):

(I).

где I(t) - текущее значение тока, - значение тока в начальный момент времени (И)), • фоновое значение тока, к • константа скорости процесса, п • постоянная, зависящая от механизма процесса зародышеобрюоnaj(ия и рост» новой фазы. Например, если п"3/2, то зародыши имеют сферическую форму.

Срамя, мин

Рис.5. Зависимость плотности тока от времени процесса при сращивании

стекол JIK105 и К8 с Si (КДБ12) при температуре 400 °С (Е-2000 В/см).

Двойное логарифмирование позволяет привести уравнение Аврами к линейному виду. По параметрам получившейся прямой можно вычислить показатель п н константу скорости к. В наших экспериментах п близко к 1,5, что гово-pirr о том, что образование новой фазы происходит из сферических зародышей.

Об этом же свидетельствуют фотографии границы раздела полупроводник/стекло, полученные на ИК-иикроскопе. Границы областей, где произошло сращивание, имеют вид дуг окружностей.

По зависимости Ink от 1ЛГ удается определить энергию активации процесса анодного сращивания.

Для исследованных структур данные по энергии активации приведены в таблице 1.

Таблица 1,

Значения Em (кДж) при сращивании стекол К8 и ЛК105 с Si (КДБ12) н металлами.

Диэлектрик Сращиваемый материал

Si AI Au

КЗ 19±1,5 8,2iO,3 •

ЛК105 1211,1 J,5±0,6 32±3

Анализ величин энергий активации показал, что в пределах ошибки эксперимента она не зависит от типа проводимости кремния, что лишний раз под-теерзсдает, что лишггирующей стадией являются процессы зарлдо- и массопере-носа в диэлектрике (стекле). Значения энергий активации хорошо коррелируют с химической активностью кремния и металлов (например, AG0/StOi =-850,71 кДж/моль. «-1Ш.27 кДж/моль), причем »случае зо-

лота, вероятно, образование оксида не происходит из-за его термической неустойчивости, а имеет место диффузия металла в стекло.

Представлены результаты исследован!« зависимости процесса анодного сращивания от химического состава диэлектрика (стекла).

Параметры анодного соединения во многом определяются процессами за-радо- н массопереноса в стекле, которые существенно зависят от его химического состава. Дня экспериментов были выбраны стекла нэ группы кроновых и флинтовых, близких по своему химическому составу к ЛК105 и К8.

В таблице 2 представлены химический состав стекол, использованных в экспериментах и среднее значение плотности тока, полученное при анодном сращивании данных стекол с кремнием различных марок.

Таблица2

Химический состав стекол и средние значаща плотности тоет (параметры процесса: напряжение - 400 В, температура - 400 °С).

1 Тип стекла 5Ю1, МОл'о ВЛ, ыоя.% А1Л, «ОЛ-% А¡МЗь иая.% РЬО, моя.% ВаО, вая.% гпо. СлО, маа.% малЛо КгО, МОО.Н №А шод.4 ЦА/н* Срагщшш

Кроны.

ЛК105 0,632 0,164 0,061 0,0007 - - - - - 0,1423 - 44* Да

К8 0,756 0,0726 - 0,0005 - - • 0.013 0,0078 0,072 0,073 Да

БК10 0,634 0.032 ■ 0,0015 0,0085 0,109 0,118 - 0,042 0,015 С,11 Нет

ТК16 0,4X5 0,167 0,027 0,007 - 0,275 0,033 - - - - Нет

Флипты.

Ф101 0.739 - - 0,0009 0,197 - - - - 0,С531 - е,сш Пет

ТФ104 одг - - 0,0011 0*35 - - - - ода» - - Нет

Как видно из табл. 2 наибольшая плотность тока наблюдалась при сращивании Si со стеклом ЛК105. Но можно заметить, что суммарная мольная доля оксидов KjO и NajO в стекле К8 практически совпадает с мольной долей оксида KjO в ЛК105, и можно было ожидать, что плотность тока при анодном сращивании стекла К8 должна быть не ниже плотности тока при сращивании стекла ЛК105. Однако в этом случае плотность тока почти в 2 раза меньше. Также сильно занижено и значение плотности тока для стекла БК10, хотя в его состав входят в значительном количестве оксиды и KjO и Na20.

Интересен и тот факт, что, несмотря на присутствие в стекле ТФ104 сравнительно большого количества оксида калия, наличие тока через структуру в условиях нашего эксперимента вообще не фиксировалось. Это одно из стекол с высоким содержанием оксида свинца. Последнее обстоятельство может служить доказательством того, что для рассматриваемой группы стекол большой вклад в общую электропроводность вносит анионная компонента, а катион свинца, который может существовать в разных зарядовых состояниях, является эффективной ловушкой для анионных вакансий, Этот вывод косвенно подтверждается данными для стекла БК10.

Присутствие в стекле двухвалентных металлов, в частности бария и цинка, также вносит свой вклад в электропроводность стекла (стекло ТК16). Однако этот вклад значительно меньше вклада щелочных катионов (например, если сравнить стекла ТК16 и Ж105), что можно объяснить как разной подвижностью катионов, так и разной их ролью в формировании структуры стекла и соответственно, генерации катионных вакансий.

Зафиксированное в экспериментах для данной труппы стекол существование минимальной критической плотности тока (0,83-0,89 А/м2), при которой еще наблюдаются процессы анодного сращивания, свидетельствует о наличие относительно высокой электропроводности стекла, как необходимом условии этого процесса. Относительно более высокая величина энергии активации процесса сращивания для стекла К8 по сравнению со стеклом ЛК105 (табл. 1), как раз и объясняется меньшей величиной собственной электропроводности К8.

Однако, как показали наши эксперименты, несмотря на то, что ионная имплантация положительно заряженных ионов бора в бесщглочнос борос ил и кат-нос стекло обеспечивает высокую электропроводность стекла в процессе анодного сращивания и в частности, высокую плотность тока, большую, чем для стекла JIK10J в аналогичных условиях, соединение поверхностей полупроводника и стекла при этом не происходит,

Следовательно, на данный момент можно считать, что присутствие в стекле катионов одновалентных металлов и относительно высокая собственная электропроводность стекла являются необходимым и достаточным условием обеспечения процесса анодного сращивания.

В четвертой главе представлена модель процесса анодного сращивания. По результатам проведенных экспериментов можно сделать вывод, что механизм анодного сращивания аналогичен процессу электрохимического анодирования металлов и полупроводников. При этом диэлектрик (стекло) играет роль твердого электролита. В процессе участвуют атомы кислорода стекла и отрицательно заряженные катионные вакансии, а на поверхности полупроводника (металла) происходит образование переходного слоя, представляющего собой, в основном, оксид полупроводника (металла). В некоторых случаях, как, например, при использовании в качестве диэлектрика стекла JIK10J, окисление полупроводника или металла, вероятно, представляет собой ряд последовательных ста-» дий, протекающих через образование катионов в промежуточных зарядовых состояниях (Si1* и АГ).

В случае золота, оксиды которого термически не стабильны, образование 'переходного слоя стекло/золото происходит за счет электрохимического окисления золота и электромиграции катионов золота по вакансиям в объем стекла с образованием переходного слоя. Это подтверждается анализом поперечного среза структуры стекло/золото, проведенным на рентгеновском микрозондовом анализаторе AN 10000 фирмы LINK

Так как анодное сращивание в своей основе представляет процесс электрохимического окисления полупроводника или металла, то становится понят.

ной исключительная важность полярности приложенного к структуре напряжения.

Кроме того, в этом случае должна существовать минимальная критическая величина напряженности приложенного электрического поля, ниже которой сращивание для данной пары полупроводник (металл)/диэлектрик оказывается невозможно. Этот вывод также находит экспериментальное подтверждение. Более того, как показали проведенные эксперименты, энергия активации электрохимической реакции хорошо коррелирует с положением металла (полупроводника) в ряду напряжений (активностей).

Скорость всего процесса лимитируется переносом катионных вакансий к границе раздела полупроводник (металл)/стекло и, следовательно, переносом заряда через диэлектрик. При этом по мере роста слоя новой фазы на границе раздела величина потока вакансий должна закономерно уменьшаться. Поэтому тип проводимости полупроводника не влияет на характер процесса анодного сращивания, а зависимость плотности тока от времени в процессе анодного сращивания описывается не уравнением Гюнтершульце - Бетца, как следовало ожидать, а уравнением Аврами (Аарами-Джонсона-Мела-Ерофееба).

Таким образом, важным параметром является величина электропроводности стеклй и концентрация катионных вакансий в нем. Для рассматриваемой в работе группы стекол образование вакансий вероятно происходит по механизму Френкеля. Поэтому концентрация вакансий равна концентрации свободных катионов, а последняя для данной температуры в первом приближении определяется энергией связи металл-кислород.

Можно ожидать, что максимальная концентрация вакансий будет в стеклах, содержащих в своем составе большое количество одновалентных металлов. В случае их отсутствия концентрация вакансий оказывается недостаточной для протекания процесса сращивания, что и подтвердили эксперименты (см. таблицу 2).

Ио1ШЫй ток через стекло складывается из катионной и анионной составляющей (j = + ja„), причем последняя в первую очередь определяется концентрацией и подвижностью катионных вакансий, тогда как первая - содержанием

кати оков щелочных и щелочноземельных металлов. Если считать, что инжекция носителей с электродов в стекло не происходит, обе компоненты оказываются жестко связанными между собой. Из условия электронейтральности стекла и механизма образования пары вакансия • свободный катион (дефекты Френкеля) следует, что .¡„т =.),„.

Таким образом, любое изменение одной из компонент автоматически вызывает аналогичное изменение второй. Это позволяет объяснить влияние химического состава стекол на процесс анодного сращивания.

Влияние оксидов щелочных металлов на свойства стекол во многих случаях оказывается возможным связать как с энергией химической связи Ме-О, так и с радиусом ионов Ме\ т.к. свойства, обусловленные миграцией щелочных ионов Ме* (диффузионная подвижность, электропроводность, диэлектрические потери), естественно, должны зависеть от размера ионов. Чем больше размер иона, тем труднее протекает диффузия и меньше проводимость. С другой стороны, чем меньше энергия связи Ме-О, км выше концентрация подвижных катионов металлов и катиониых вакансий в структуре стекла,

Однако установленные закономерности могут резко изменяться при переходе к стеклам, содержащим одновременно два вида' щелочных ионов. Щелочные ионы одного вида оказывают резкое тормозящее влияние на движение щелочных ионов другого вида. Благодаря этому свойства стекол, содержащих в своем составе оксиды щелочных металлов, обнаруживают так называемый двухщелочной эффект'.

В нашем случае, данный эффект оказывает влияние на величину плотности тока, протекающего при сращивании стекол ЛК105 и К8 с кремнием. В состав стекла К8 помимо оксида КгО входит и оксид Ыа^О и, хотя их суммарная мольная доля и совпадает с мольной долей оксида К]0, входящего в состав стекла ЛК105, но из-за проявления двухщелочного эффекта суммарная подвижность ионов К* и N8' оказывается ниже подвижности иона К4, что приводит к уменьшению значения плотности тока для стекла К8,

АА Лшкм Хммнкстсшм. И и. <Хшия», 1910.

Таким образом, второй (и тем более третий щелочной оксид), будучи введенными в стекло, тормозят подвижность, или, говор* в более широком смысле, снижают активность первого щелочного оксида, содержащегося в стекле. Такой же способностью, в отношении тех же свойств, но выраженной часто в более резкой форме, обладают и оксиды МеО и МетО„. Это явление обычно рассматривается отдельно от двухщелочного («нейтрализационного») эффекта и называется эффектом подавления, хотя, по существу эти Эффекты имеют одинаковую природу. Эффект подавления означает, что парциальные свойства компонентов Ме20 существенно изменяются при введении в бинарные системы Ме20-БЮ} компонентов МеО и МеА (главным образом первых порций). Причем свойства компонентов Ме20 гораздо сильнее зависят от соотношения (МеО + Мет0„)/Ме20, пока оно мало, чем от природы металла.

В целом, эффект подавления выражен тем сильнее, чем больше молярная доля щелочного оксида содержится в исходном стекле. Именно эффектом подавления можно объяснить результаты, полученные для стекла ТФ104, содержащего наибольшее количество оксида свинца (II). Ион РЬ2+ полностью связывает ион К*, препятствуя его дрейфу. Вообще, в наших экспериментах установлено, что из всех двухвалентных катионов, входящих в состав исследованной нами группы стекол, оксид свинца вносит наибольший вклад в эффект подавления, что, вероятно, связано с тем обстоятельством, что он может существовать в разных зарядовых (валентных) состояниях и поэтому способен эффективно связывать вакансии. Можно ожидать, что аналогичным эффектом будут обладать и другие металлы, имеющие несколько устойчивых степеней окисления, и, в частности, с!-элементы.

Таким образом, для успешного осуществления процесса анодного сращивания необходимо обеспечить высокую концентрацию и подвижность катион-ных вакансий в диэлектрике. Это можно достичь либо введением в стекло оксидов одновалентных металлов с низкой энергией связи Ме-0 и малым радиусом иона металла, либо использованием методов ионной имплантации для дополнительной генерации неравновесных отрицательно заряженных вакансий в объеме диэлектрика.

Пятая глава посвящена использованию процессов анодного сращивания при изготовлении микроыеханнческих систем.

Показано, что одним из новых и интереснейших направлений разработки микрозлектромеханических систем (МЕМС) являются микроколебательные системы - гироскопы.

Микроколебательные системы, использующие гироскопический эффект, имеют широкие перспективы использования в системах ориентации в пространстве.

Одной из самых сложных технологических операций при изготовлении микромеханических гироскопов колебательного типа (МГКТ) является необходимость прецизионной посадки мнкроколебательной системы в специальное посадочное место. При этом точность посадки должна составлять 0,5+1 мкм, так как от этого зависит чувствительность устройства к угловой скорости. Избежать прецизионной посадки возможно путем формирования колебательной системы на многослойных структурах (типа структур кремний на изоляторе), имеющих строго определенную толщину монокристаллического кремния и промежуточного слоя диэлектрика (БЮг или многокомпонентного стекла) на специальном основании.

Для выполнения прецизионной посадки мнкроколебательной системы а посадочное место было специально сконструировано устройство, позволяющее осуществлять анодное сращивание элементов из вольфрама и кремния и посадку кремниевых рамок на стеклянную подложку.

В результате проведенных экспериментов были оптимизированы режимы анодного сращивания, позволяющие обеспечить необходимую прочность соединения и не влияющие на конструкцию и основные технические характеристики изготавливаемого устройства микромеханическиго вибрационного гироскопа.

Также разработана лабораторная технология соединения чувствительного элемента датчика давления с основанием из стекла ЛК105 методом анодного сращивания. Данная технология обладает очевидными преимуществами, позволяя соединять элементы конструкции с сально развитой поверхностью, а также ос)шсствлять герметичное соединение различных элементов в том числе крем-

ниевых, керамических, стекловидных и металлических. Кроме того, процесс достаточно прост, надежен, универсален и высокопроизводителен.

Проведенные в ходе выполнения работы эксперименты позволили определить оптимальные технологические режимы соединения элементов датчиков давления, не нарушающие ее конструкцию и рабочие характеристики.

В результате проведенной работы изготовлено технологическое оборудование и специальная оснастка для создания микромеханических приборов методом анодного сращивания, оптимизированы технологические режимы, изготовлены опытные образцы микромеханических устройств, которые прошли успешную апробацию. По результатам работы разработана лабораторная техническая документация на операцию анодного сращивания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ литературы показал, что методы создания структур кремний на изоляторе (КНИ), основанные на сращивании пластин, составляют альтернативу традиционным технологиям микроэлектроники. Данные методы упрощают технологический процесс получения структур КНИ, позволяют добиться более высоких характеристик микроэлектронных приборов, открывают перспективы создания принципиально новых конструкций. Одной га перспективных материаловедческих, технологических, конструкционных и производственных направлений технологии изготовления различных микромеханических систем и интегральных схем является низкотемпературное анодное сращивание, которое дает возможность соединения различных материалов (например, кремния и стекла). Однако широкому применению этого процесса в технологии микроэлектроники препятствует отсутствие модели, объясняющей механизм сращивания и позволяющей выбирать оптимальные технологические режимы в каждом конкретном случае.

2. Разработано и изготовлено экспериментальное оборудование и специальная оснастка, позволяющее исследовать процессы анодного сращивания

при получении структур 8¡/стекло и вШе/стекло, Предложена методика наблюдения макродефектов в сращенном слое при помощи ИК телевизи-онно-оптической системы.

3. Проведен комплекс исследований по влиянию технологических режимов (температура, приложенное напряжение, его полярность) на процесс анодного сращивания. Установлены основные закономерности, определяющие параметры процесса анодного соединения полупроводник (ме-таллУстскло,

4. Исследовано влияние химического состава стекла на параметры процесса сращивания и показано, что присутствие катионов одновалентных металлов является необходимым условием протекания процесса.

5. Предложена модель, позволяющая объяснить влияние различных факторов (температуры, напряжения, времени соединения, полярности приложенного напряжения, химического состава диэлектрика) на процесс анодного сращивания. Установлено, что при анодном сращивании на границе полупроводник (металлУстекло протекает электрохимическое окисление анода с образованием новой фазы иа основе оксида полупроводника (металла), скорость образования которой, первоначально, лимитируется про-цессамн зарядо- и массопереноса через стекло, а затем через образующуюся новую фазу. Определена энергия активации процесса сращивания, величина которой хорошо коррелирует с химической активностью материала анода,

6. Установлено, что процесс аналогичен электрохимическому анодированию полупроводников и металлов, причем стекло выполняет роль твердого электролита. Необходимым условием процесса анодного сращивания является наличие отрицательно заряженных катионных вакансий в стекле. Кинетика процесса соединения контролируется диффузией вакансий к границе раздела полупроводник (металлУстекло и хорошо описывается уравнением Аврами (Аврам и-Джонсона-Мела-Ерофеева).

7. По результатам проведенных исследований разработана соответствующая лабораторная технологическая документация, на основании которой были

изготовлены тестовые образцы датчиков давления и микромеханического вибрационного гироскопа, прошедших успешные испытания.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Тимошеиков С.П., Дьячков СЛ., Калугин В.В. Низкотемпературное анодное сращивание образцов кремния. «Оборонный комплекс научно-техническому развитию России», №1, 2000 г., с. 48-51.

2. Суворов А.Л., Чаплыгин Ю.А., Тимошенков С.П., Графутин В.И., Дьячков С.А., Залужный А.Г., Калугин В.В., Прокопьев Е.П., Реутов В.Ф., Шарков Б.Ю. Анализ преимуществ, перспектив применений и технологий производства структур КНИ. Препринт ИТЭФ 27-00. М., 2000.35 с.

3. Тимошенков С.П., Дьячков С.А., Гавриков A.A. Использование телевизи-оино-оптической системы для контроля параметров чувствительных элементов датчиков давления. «Оборонный комплекс научно-техническому развитию России», Ksl, 2000 г., с. 60-62.

4. Тимошенков С.П., Борисов А.Г., Ганьшин В.А., Дьячков С.А. Модель процесса анодного сращивания стекол различного состава с кремнием и металлами. «Оборонный комплекс научно-техническому развитию России», 2000 г., принята к печати.

5. Тимошенков СЛ., Дьячков С.А., Гавриков A.A., Аношин В.В. Изготовление упругих элементов колебательной системы из фольги методом травления. «Оборонный комплекс научно-техническому развитию России», №1,2000 г., с. 9-11.

6. Петрова В.З., Прокопьев Е.П., Тимошенков С.П., Дьячков C.Ä. Термическая обработка частиц S1O2, АЬ03, ВаО в воздушной и аргон-кислородной ВЧИ плазме. Известия вузов. Электроника. №2,2000 г., с. 12-21.

7. Тимошенков С.П., Прокопьев Е.П., Дьячков С.А., Калугин В.В. Исследование процесса синтеза мелкодисперсных порошков оксидов и диэлектрического стекловидного материала S'i02-Ai203-Ba0 в высокочастотной индукционной воздушной и аргон-кислородной плазме. «Оборонный комплекс научно-техническому развитию России», №3, 2000 г., с. 57-68.

8. Тимошенков СП., Прокопьев Е.П., Дьячков С А., Калугин В.В. Очистка и активация поверхности в методе прямого соединения пластин кремния с использованием химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания. «Оборонный комплекс научно-техническому развитию России», №3,2000 г., с. 75-84.

9. Дьячков С.А. Разработка процесса низкотемпературного сращивания кремниевых элементов. Тезисы док-а на Всерос-ой межвузовской н.-т. конф. «Микроэлектроника и ииформатика-9&», Москва, с.103.

10. Дьячков С.А. Исследование процесса диффузии компонентов диэлектрика в многослойной структуре. Тезисы док-а на первой Российской летней школе молодых ученых и специалистов по материаловедению и физико-химическим основам технологий монокристаллического кремния «Кремниевая школа-98», Москва, с. 10.

11. Радосельский А.Г., Попов А. А., Дьячков С.А. Закономерности формирования плотности локализованных состояний в a-Si:H и се связь с условиями получения и обработки. Тезисы док-а на Всерос-ой межвузовской н.-т, конф. «Микроэлектроника и ннформатика-97», Москва, с.87,

12. Тимошенков С.П., Дьячков С.А. Анодное сращивание кремниевых микромеханических элементов. Тезисы док-а на Всерос-ой н.-т. конф. «Новые материалы и технологии-98», Москва, с. 145.

13. Дьячков С.А., Калугин В.В. Анодное соединение элементов микроэлектромеханических приборов. Тезисы док-а на Всерос-ой межвузовской н,*т, конф. «Микроэлектроника и информатика-99», Москва, с.62.

>4. Зимин В.Н., Панков В.А., Тимошенков С.П., Дьячков С.А. Анализ видов брака первичных преобразователей давления. Тезисы док-а на н.-т. конф, «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Датчик-99), Гурзуф, с. 185.

15. Тимошенков C.Ï1., Дьячков С.А., Гавриков А.А., Калугин В.А., Смирнова Ю.А. Структуры кремний на изоляторе для применения в МЭМС. Тезисы док-а на н.-т. конф. «Датчики и преобразователи информации систем измерения, кошроля и управления» (Датчнк-99), Гурзуф, с, 186,

w

16. Тимошенков С.П., Гавриков A.A., Дьячков С.А. Полирующее травление кремния в щелочных растворах на основе КОН. Тезис доклада второй Российской конф. по материаловед, и ф/х. основам технологий получения легированных кристаллов кремния («Кремний-2000»), МИСиС, Москва, с. 382-384.

17. Тимошенков С.П., Дьячков С.А., Гавриков A.A. Применение телевизионного ИК-микроскопа для контроля геометрических параметров многослойных структур. Тезис док-а второй Российской конф. по материаловед. и ф/х. основам технологий получения легированных кристаллов кремния («Кремний-2000»), МИСиС, Москва, с. 384-386.

18. Дьячков С.А., Гавриков A.A. Формирование упругих колебательных элементов для микроэлектромеханических приборов. Тезисы док-а на Все-рос-ой межвузовской н.-т. конф. «Микроэлектроника и информатика-2000», Москва, с.Э7.

19. Разработка и исследование технологических процессов и методов изготовления элементной базы смешанных БИС нового поколения. Отчет о научно-исследовательской работе. Шифр «Лига 12», № гос. регистр. 01950007527.

20. Физико-химические основы получения п/п мат-лов, монокристаллов и структур для микро- и наноэлектроники. Отчет о научно-исследовательской работе. М.: МИЭТ, 1999 г. инв. № 0299002823.

Подписано в печатьХГ iiСО Заказ №¿¿¡6 Тираж 100 Отпечатано в типографии МИЭТ

Объемна уч.-изд.л.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Развитие технологии «кремний на изоляторе» (КНИ).

1.2. Перспективы применения структур кремний на изоляторе».

1.3. Технологии создания структур «кремний на изоляторе».

1.4. Обзор существующих методов сращивания.

1.4.1. Непосредственное термокомпрессионное сваривание двух поверхностей кремния (НТСК).

1.4.2. Твердоадгезионное^,соединение поверхностей, покрытых тонким слоем диэлектрика.

1.4.3. Спекание кремниевых структур ситаллом или стеклом.

1.4.4. Спекание через слой металла или силицида.

1.4.5. Анодное сращивание.

1.5. Обзор свойств диэлектрических материалов.

1.6. Структура силикатных стекол.

1.7. Свойства силикатных стекол.

1.8. Зависимость свойств силикатных стекол от содержания оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Нанесение пленок металлов.

2.2. Нанесение пленок стекла.

2.3. Дифференциально-термический анализ.

2.4. Методика анодного сращивания полупроводника или металла с диэлектриком.

2.5. Методика определения толщины нанесенных пленок с помощью микроскопа МИИ-4.

2.6. Методика определения удельного электрического сопротивления.

2.7. Использование телевизионно-оптической системы для контроля параметров чувствительных элементов датчиков давления.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

НА ПРОЦЕСС АНОДНОГО СРАЩИВАНИЯ.

3.1. Исследование электропроводности стекол.

3.2. Исследование механизма процесса анодного сращивания.

3.3. Исследование кинетики процесса анодного сращивания.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА

АНОДНОГО СРАЩИВАНИЯ.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АНОДНОГО СРАЩИВАНИЯ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

5.1. Микромеханический вибрационный гироскоп.

5.2. Датчики давления.

Выводы к главе 5.

Создание интегральных схем (ИС) с улучшенными характеристиками по быстродействию, помехозащищенности, энергопотреблению, схем "разумной мощности", микро-электромеханических устройств (акселерометров, гироскопов, датчиков различного типа и т.п.) требует разработки и применения новых технологических процессов. Среди бурно развивающихся технологий процессы термического сращивания являются основой для производства структур типа кремний на изоляторе (КНИ) и многослойных структур для различных микро-электромеханических систем (МЭМС).

Совершенствование технологий низкотемпературного сращивания необходимо для радикального технологического и технико-экономического улучшения производства структур типа КНИ и элементов микромеханических устройств, используемых для широкой номенклатуры разрабатываемых интегральных схем и приборов.

Целью работы являлось исследование и совершенствование технологического процесса низкотемпературного сращивания кремниевых пластин и стекла в присутствии электрического поля для получения многослойных структур.

Достижение поставленной цели складывалось из решения следующих задач:

- разработка методики и экспериментального оборудования для комплексных исследований процесса анодного сращивания;

- установление основных закономерностей, определяющих параметры процесса анодного сращивания полупроводник или металл/стекло;

- исследование влияния химического состава стекол на параметры процесса соединения;

- разработка модели, позволяющей объяснить влияние различных факторов на процесс анодного сращивания.

В рамках данной работы установлено, что при анодном сращивании на границе полупроводник или металл/стекло протекает электрохимическое окисление анода с образованием новой фазы на основе оксида полупроводника или металла, скорость образования которой, первоначально, лимитируется процессами зарядо- и массопереноса через стекло, а затем через образующуюся новую фазу. На основании проведенных экспериментов впервые предложена модель, позволяющая объяснить влияние различных факторов (температуры, напряжения, времени соединения, полярности приложенного напряжения, химического состава диэлектрика) на процесс анодного сращивания. Исследовано и объяснено влияние химического состава стекла на параметры процесса соединения.

Полученные в ходе выполнения работы данные были успешно применены при разработке технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов чувствительных элементов датчиков давления в 7

НПК ТЦ МИЭТ, а также для получения многослойных структур кремний на изоляторе (КНИ) (работа выполнялась по заказу секции прикладных проблем Академии Наук РФ). В рамках настоящей работы разработана ИК телевизионно-оптическая система, которая может быть использована для наблюдения макродефектов в сращенном слое и определения геометрических параметров элементов тензочувствительных датчиков.

ГЛАВА

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературы показал, что методы создания структур кремний на изоляторе (КНИ), основанные на сращивании пластин, составляют альтернативу традиционным технологиям микроэлектроники. Данные методы упрощают технологический процесс получения структур КНИ, позволяют добиться более высоких характеристик микроэлектронных приборов, открывают перспективы создания принципиально новых конструкций. Одной из перспективных мате-риаловедческих, технологических, конструкционных и производственных направлений технологии изготовления различных микромеханических систем и интегральных схем является низкотемпературное анодное сращивание, которое дает возможность соединения различных материалов (например, кремния и стекла). Однако широкому применению этого процесса в технологии микроэлектроники препятствует отсутствие модели, объясняющей механизм сращивания и позволяющей выбирать оптимальные технологические режимы в каждом конкретном случае.

2. Разработано и изготовлено экспериментальное оборудование и специальная оснастка, позволяющее исследовать процессы анодного сращивания при получении структур 81/стекло и 81/Ме/стекло.

Предложена методика наблюдения макродефектов в сращенном слое при помощи ПК телевизионно-оптической системы.

3. Проведен комплекс исследований по влиянию технологических режимов (температура, приложенное напряжение, его полярность) на процесс анодного сращивания. Установлены основные закономерности, определяющие параметры процесса анодного соединения полупроводник или металл/стекло.

4. Исследовано влияние химического состава стекла на параметры процесса сращивания и показано, что присутствие катионов одновалентных металлов является необходимым условием протекания процесса.

5. Предложена модель, позволяющая объяснить влияние различных факторов (температуры, напряжения, времени соединения, полярности приложенного напряжения, химического состава диэлектрика) на процесс анодного сращивания. Установлено, что при анодном сращивании на границе полупроводник или металл/стекло протекает электрохимическое окисление анода с образованием новой фазы на основе оксида полупроводника или металла, скорость образования которой, первоначально, лимитируется процессами зарядо- и массо-переноса через стекло, а затем через образующуюся новую фазу. Определена энергия активации процесса сращивания, величина ко

129 торой хорошо коррелирует с химической активностью материала анода.

6. Установлено, что процесс аналогичен электрохимическому анодированию полупроводников и металлов, причем стекло выполняет роль твердого электролита. Необходимым условием процесса анодного сращивания является наличие отрицательно заряженных кати-онных вакансий в стекле. Кинетика процесса соединения контролируется диффузией вакансий к границе раздела полупроводник (металл )/стекло и хорошо описывается уравнением Аврами (Аврами-Джонсона-Мела-Ерофеева).

7. По результатам проведенных исследований разработана соответствующая лабораторная технологическая документация, на основании которой были изготовлены тестовые образцы датчиков давления и микромеханического вибрационного гироскопа, прошедших успешные испытания.

1. Т. Nakamura, "Method of Making a Semiconductor Device," U.S. Patent No. 3,239,908, 1962.

2. E. F. Cave, "Method of Making a Composite Insulator Semiconductor Wafer," U.S. Patent No.3,290,760, 1966.

3. Mirza A.R., Ay on A.A. Silicon wafer bonding for MEMS manufacturing. Solid State Technology, Aug99, Vol. 42 Issue 8.

4. Alles, Michael L. A tale of SOI materials. IEEE Spectrum, Jun97, Vol. 34 Issue 6.

5. M. Esashi, N. Ura, Y. Matsumoto. Anodic bonding for integrated capacitive sensors. Proc. IEEE Workshop on Micro Electro Mechanical Systems, Travemünde, Germany. 1992 , pp. 43-48.

6. W.P. Maszara, G. Goetz, A. Caviglia, J.B. McKitterick. Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator. J. Appl. Phys. 64 (10). 1988, 49434950.

7. H.J. Quenzer, W. Benecke and C. Dell. Low temperature wafer bonding for micromechanical applications, Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems, Travemünde, Germany, Feb. 1992, pp. 49-55.

8. New SOI Technology //Techno Japan Vol. 20-No. 5, May 1987.

9. Mehra, Amit, Ayon, Arturo A. Microfabrication of high-temperature silicon devices using wafer bonding and deep reactive ion. Journal of Microelectromechanical Systems, Jun99, Vol. 8 Issue 2.

10. An NPN Transistor Fabricated by Silicon Wafer Direct-Bonding. Masaki Atsuta, Tsunco Odura, Akio Nakadawa, Ohashi Hiromichi. Extended Abstracts of the 19-th Conference on Solid State Devices and Materials, Tokyo, 1987, pp. 47-50.

11. Kuehne, Stephen C., Chan, Alice B.Y. SOI MOSFET with buried body strap by wafer bonding. IEEE Transactions on Electron Devices, May98, Vol. 45 Issue 5, pl084.

12. Ljubisa Ristic. Sensor technology and devices. Artech House. Boston London. 1994.

13. Givargizov E.I., and Limanov A.B. (1988) Artificial epitaxy (graphoepitaxy) as an approach to the formation of SOI, Microelectronic Eng. 8, 273-291.

14. Pandya R., and Martinez A. (1988) Large-area defect-free silicon-on-insulator films by zone-melt recrystallization, Appl.phys.Lett. 52, 901-903.

15. Skorupa W. Ion beam processing for silicon-on-insulator/ Physical and Tecnical Problems of SOI Structures and Devices. J.P.Colinge et al. (eds). 1995 Kluwer Academic Publishers .NATO ASI Series 3.Yigh Technology-Vol.4 p 3954.

16. Fan J.C.C., Geis M.W., and Tsaur B.-Y. (1981) Lateral epitaxy by seeded solidification for growth of single-crystal Si films on insulator, Appl. Phys. Lett. 38, 365-367.

17. Skorupa W. Ion beam processing for silicon-on-insulator/ Physical and Tecnical Problems of SOI Structures and Devices. J.P.Colinge et al. (eds). 1995 Kluwer Academic Publishers .NATO ASI Series 3.Yigh Technology-Vol.4 p 3954.

18. Allen L.P., Farley M., Datta R, Jones K.S., at al Fundamental Material Analysis and SIMOX Improvement as a Function of Independent Implant Parameter Control. 1996 IEEE SOI Conference. P32-33.

19. M.J.Anc, L.P.Allen, at al. Characterization of Low Dose SIMOX for Low Power Electronics. 1996 IEEE SOI Conference. P54-55.

20. Silicon-on-Insulator by Wafer Bonding: a Review. W.P. Maszara// Electrochem.Soc., vol.138, No.l, January 1991, 341-347.

21. Kelly M., Guilinger T. Wafer bonding: Quartz-to-quartz. Interface, Fall99, Vol. 8 Issue 3, pi6.

22. Johansson M., Bengtsson S. Depleted semi-insulating silicon/silicon material formed wafer bonding. Journal of Applied Physics, 07/15/2000, Vol. 88 Issue 2, pi 118.

23. New SOI Technology //Techno Japan Vol. 20 No. 5, May 1987.

24. Clarke P. Soitec plans to license SOI wafer technology. Electronic Engineering Times, 10/19/98 Issue 1031, p3 8.

25. Ishihara Kei, Chi-Fan Yung. An inertial sensor technology using DRIE and wafer bonding with interconnecting capability. Journal of Microelectromechanical Systems, Dec99, Vol. 8 Issue 4, p403.

26. Partridge A., Reynolds J. Kurth. A high-performance planar piezoresistive accelerometer. Journal of Microelectromechanical Systems, Mar2000, Vol. 9 Issue l,p58.

27. Patriarche G., Jeannes F., et al. Structure of the GaAs/InP interface obtained by direct wafer bonding optimised for surface. Journal of Applied Physics, 11/15/97, Vol. 82 Issue 10, p4892.

28. Silicon-to-Silicon direct bonding method. M.Furuhawa. J.Appl.Phys. 1986.V.60, N 8; 2987-2989.

29. Timpel D., Schaible M. Molecular dynamics studies of silica wafer bonding. Journal of Applied Physics, 03/01/99, Vol. 85 Issue 5, p2627.

30. Технология прямого соединения кремниевых пластин и ее применение, Shinbo Masaru. "Дэнси дзеко цуены гаккаиси. J. Inst. Electron and Commun. Eng. Jap"., 1887, 70, N-6, 593-595.

31. Low-temperature silicon-silicon bonding with oxides./ FIELD Lestic A., Muller Richard S.// Acts polytechn. seand. Elec. End. S r. 1988,- N 63, pp. 151-153.

32. Maszara W.P.,Goetz G., Cavigilia A. Mc.Kitterick J.B. // J. Appl. Phys. 1986. V.64. № 10. P 1943 1950.

33. Tsoukalas D., Skarlatos D. Investigation of the interaction between silicon interstitials and dislocation loops using the wafer bonding technique. Journal of Applied Physics, 06/15/2000, Vol. 87 Issue 12, p8380.

34. Tong Q.-Y, Lee T.-H., Gosele U., Reiche M., Ramm Y, Beck E. // J. Electrochem.Soc. 1997. V.144. № 1. P. 384 -389.

35. Stengl R, Tan T, Gosele U. // Japan J. Appl. Phys. 1989. V. 28. № 10. P 1735-1741.

36. K.B. Albaugh, P.E. Cade. Mechanisms of anodic bonding of silicon to pyrex. Tech. Dig., Solid-State Sensor and Actuator Workshop (1988), pp. 109-110.

37. Y. Kanda, K. Matsuda, C. Murayama, J. Sugaya, The mechanism of field-assisted silicon-glass bonding. Sensors and Actuators A21-A23 (1990) 939.

38. Jeung Sang Go, Young-Ho Cho. Experimental evaluation of anodic bonding process based on the Taguchi analysis of interfacial fracture toughness. Sensors and Actuators 73 (1999), pp 52-57.

39. K.B. Albaugh, P.E. Cade. Mechanisms of anodic bonding of silicon to pyrex, Tech. Dig., Solid-State Sensor and Actuator Workshop. 1988 , pp. 109-110.

40. T.R. Anthony. Dielectric isolation of silicon by anodic bonding, J. Appl. Phys. 58 (3). 1985, 1240-1247.

41. T. Abe, T. Takei, A. Uchiyama, K. Yoshizawa, Y. Nakazato. Silicon wafer bonding mechanism for silicon-on-insulator structures. Japanese Journal of Applied Physics 29 (12) 1990 L2311-L2314.

42. A. Hanneborg, M. Nese, P. Ohlckers. Silicon-to-silicon anodic bonding with a borosilicate glass layer, J. Micromech. Microeng. 1 (1991) 139-144.

43. H. Baumann, S. Mack, H. Miinzel. Bonding of structured wafers, in Proceedings of the Third International Symposium on Semiconductor Wafer

44. Bonding: Physics and Applications, Electrocheinical Society Proceedings, 95-97(1995)471-487.

45. M. Despont, H. Gross, F. Arrouy, C. Stebler, U. Staufer. Fabrication of a silicon-pyrex-silicon stack by ac anodic bonding, Sensors and Actuators A 55 (1996)219-224.

46. A. Hanneborg, M. Nese, H. Jakobsen, R. Holm, Silicon-to-thin film anodic bonding, J. Micromech. Microeng, 2 (1992) 117-121.

47. W.-B. Choi, B.-K. Ju, Y.-H. Lee, M.R. Haskard, M.-Y. Sung, M.-H. Oh. Anodic bonding technique under low temperatures and low voltage using evaporated glass, J. Vac. Sci. Technol. B 15 (1997) 477-481.

48. R. de Reus, M. Lindahl. Si-to-Si wafer bonding using evaporated glass, in Transducers '97, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, USA, 1997, pp. 661-664.

49. M. Nese, A. Hanneborg. Anodic bonding of silicon to silicon wafers coaled with aluminium, silicon oxide, polysilicon or silicon nitride, Sensors and Actuators A 37-38 (1993) 61-67.

50. P.W. Barth. Silicon fusion bonding for fabrication of sensors, actuators and microstructures. Sensors and Actuators. A21-A23 (1990) 919-926.

51. P.W. Barth. Silicon fusion bonding for fabrication of sensors, actuators and microstructures. Sensors and Actuators. A21-A23 (1990) 919-926.

52. S.A. Audet, K.M. Edenfeld. Integrated sensor wafer-level packaging. Int. Con. on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, USA. 1997 , pp. 287289.

53. H. Henmi, S. Shoji, Y. Shiji, K. Yoshimi, M. Esashi. Vacuum packaging for microsensors by glass-silicon anodic bonding. Sensors and Actuators A43. 1994, 243-248.

54. S. Mack, H. Baumann, U. Gosele. Gas tightness of cavities sealed by silicon wafer bonding. Proc. IEEE Workshop on Micro Electro Mechanical Systems, Nagoya, Japan. 1997 , pp. 488-493.

55. B. Muller, A. Stoffel. Tensile strength characterization of low-temperature fusion-bonded silicon wafers. J. Micromecha and Microeng. 1. 1991, 161-166.

56. H.J. Moon. An Application of Fracture Mechanics to Wafer Bonding Test, PhD thesis, Korea Advanced Institute of Science and Technology June 1998 .

57. M. Esashi. Encapsulated micromechanical sensors, Microsyst. Tech-nol 1 (1994) 2-9.

58. A. Cozma, B. Puers. Characterisation of the electrostatic bonding of silicon and Pyrex glass, in Micro Mechanics Europe 1994 Workshop Digest, Pisa, Italy, 5-6 September 1994. pp. 40-43.

59. J. Berenschot, J. Gardeniers, T. Lanimerink, M. Elwenspoek. New applications of r.f.-sputtered glass films as protection and bonding layers in silicon micromachining, Sensors and Actuators A 41-42 (1994) 338-343.

60. J.A. Plaza, J. Esteve, E. Lora-Tamayo. Non-destructive in situ test for anodic bonding, Sensors and Actuators A 60 (1997) 176-180.

61. J.A. Plaza, J. Esteve, E. Lora-Tamayo. Nondestructive anodic bonding test, J. Electrochem. Soc. Lett. 144 (5) (1997) L108-L110.

62. J.A. Plaza, J. Esteve, E. Lora-Tamayo. Método no destructive para la determinación de la calidad de la soldadura anodica y mejora de contactos, Spanish Patent No. 9 602 697 (19 Dec., 1996).

63. T.R. Anthony. Direct insolation of silicon by anodic bonding, J. Appl. Phys. 58 (3) (1985) 1240-1247.

64. W.H. Ko, J.T. Suminto and G.J. Yeh. Bonding techniques for microsensors, in Micromaching and Micropackaging for Transducers, Elsevier Science, Amsterdam, 1985.

65. S. Shoji and M. Esashi. Bonding and assembling methods for realizing a|iiTAS. Proc. Micro Total Analysis System Workshop, Enschede, The Netherlands, Nov. 1994, pp. 165-179.

66. D.E. Carison. Ion depletion of glasses at a blocking anode: I. Theory and experimental results for alkali silicate glass, J. Am. Ceram. Soc. 57 (1974) 291.

67. K.B. Albaugh, Electrode phenomena during anodic bonding of silicon to sodium boro-silicate glass, J. Electrochem. Soc. 138 (1991) 3089.

68. A. Cozma, В. Puers, Characterization of the electrostatic bonding of silicon and PYREX glass, J. Micromech. Microeng. 5 (1995) 98.

69. Mclntyre D., Lim M., Tatic-Lucic S., Ames J., Boardman В., Jaramillo P., Starr L. Bond-quality characterization of silicon-glass anodic bonding . Sensors and Actuators A: Physical, 60 (1997), 1-3 (май), 223-227.

70. Masayoshi Esashi, Akira Nakano, Shuichi Shoji and Hiroyuki He-biguchi. Sensors and Actuators. "Low-temperature silicon-to-silicon anodic bonding with intermediate low melting point glass", A21-A23, 931-934, 1990.

71. Thomas R. Anthony. Anodic bonding of imperfect surfaces. J. Appl. Phys. 54 (5), May 1983, pp. 2419-2428.

72. T.L. Anderson. Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications, CRC Press, Boca Raton, FL 1995 .

73. R.K. Roy, A Primer on the Taguchi Method. Van Nostrand-Reinhold, New York 1990 .

74. D.E. Carlson, K.W. Hang, G.F. Stockdale. Electrode 'polarization' in alkali-containing glasses, J. Am. Ceram. Soc. 55 (1972) 337.

75. K.B. Albaugh, D.R. Rasmussen. Rate processes during anodic bonding, J. Am. Ceram. Soc. 75 (1992) 2644.

76. G. Wallis. Direct current polarization during field assisted glass-metal sealing, J. Am. Ceram. Soc. 53 (1970) 563.

77. D.E. Carlson. Ion depletion of glasses at a blocking anode: I. Theory and experimental results for alkali silicate glass, J. Am. Ceram, Soc. 57 (1974) 291.

78. S. Grigull, R. Behrisch, U. Kreissig. M. Harz. Simultaneous analysis of low-Z impurities in the near-surface region of solid materials by heavy ion elestic recoil detection (HIERD), Fresenius' 2. Anal. Chem.353 (1995) 578.

79. S. Grigull, U. Kreissig, H. Huber, W. Assmann. Element-dependent ERDA probing depths using different detection systems, Nucl. Instrum. Methods B, submitted for publication.

80. H.Scholz. Glas-Natur, Strukturund Eigenschaften, Springer, Berlin,1988.

81. C.G. Wilson, A.C. Carter. The self-diffusion of sodium ions in a borosilicate glass and a soda-lime glass, Phys. Chem. Glasses 5 (1964) 111.

82. D.E. Carlson, K.W. Hang, G.F. Stockdale. Ion depletion of glass at a blocking anode: II. Properties of ion depleted glasses, J. Am. Ceram. Soc. 57 (1974) 295.

83. M. Harz. DerEinfluB der Elektrodengestaltung aufdie Geschwindigkeit und die Qualität des anodischen Bondens. Sensor Magazine 1 (1995) 24.

84. K. Hauffe. Oxidation von Metallen und Metallegierungen, Springer, Berlin, 1956.

85. Y.H. Yun, P.J. Bray. Nuclear magnetic resonance studies of the glasses in the system Na20-B203-Si02, J. Non-Crystalline Solids 27 (1978) 363.

86. M.E. Milberg, J.G. O'Keffe, R.A. Verhelst, H.O. Hooper. Boron coordination in sodium borosilicale glasses, Phys. Chem. Glasses 13 (1972) 79.

87. D.E. Carlson. Anodic proton injection in glasses, J. Am. Ceram. Soc. 57(1974) 461.

88. R. de Reus. Thin-film diffusion barriers, in: J. Westbrook, R. Rei-scher (Eds.), Intermetallic Compounds—Principles and Practice, Chap, 29, Vol. 2, Wiley, Chichester, UK, 1994, pp. 603-635.

89. M. Harz, W. Bruckner. Stress reduction in anodically bonded silicon and borosilicate glass by thermal treatment, J, Electrochem. Soc. 143 (1996) 1409-1414.

90. A. Cozma, B. Puers. Characterization of the electrostatic bonding of silicon and pyrex glass, J. Micromech. Microeng, 5 (1995) 98-102.

91. D.S. Hurd, R. Caretta, W.W. Gerberich. An experimental fracture mechanics study of a strong interface: the silicon glass anodic bond, J. Mater. Res. 10 (1995) 387-400.

92. J.P. Rasmussen. Master's thesis. Mikroelektronik Centret, Technical University of Denmark, Bidg. 345-East, DK-2800 Lyngby, Denmark, 1994, in Danish.

93. T.R. Anthony. Anodic bonding of imperfect surfaces, J. Appl. Phys. 54 (5) (1983) 2419-2428.

94. K.B. Abaugh, Р.Е. Chade, D. Rasmussen. Mechanics of anodic bonding of silicon to Pyrex glass, Tech. Digest, IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island. SC, USA. 1988, pp. 939-943.

95. W.Y. Lee, F. Sequeda and J. Salem. Field-assisted bonding below 200 °C using metal and glass thin film interlayer, Appl. Phys. Lett., 50 (1987) 522-524.

96. S. Shoji and M. Esashi. Photoetching and electrochemical discharge drilling of Pyrex glass, Tech. Digest, 9th Sensor Symp., Japan. 1990, pp.27-30.

97. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука,1974.

98. Физико-химические свойства окислов: Справочник. 2-е изд./Под ред. Г.В. Самсонова. М.: Металлургия. 1978.

99. Теплопроводность твердых тел: Справочник/ А.С. Охотин, Р.П. Боровикова, Т.В. Нечаева, А.С. Пушкарский; Под. Ред. А.С. Охотина. М.: Энергоатомиздат, 1984.

100. Таблицы физических величин: Справочник/Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976.

101. А.А. Лебедев, Труды ГОИ, 2, № 10, 1921.

102. Н.Н. Валенков, Е.А. Порай-Кошиц. Физико-химические свойства тройной системы Na20-Pb0-Si02. Сборник, Изд. АН СССР, 1949, стр. 147.111. А.А. Лебедев, Сб. II, 7.

103. К.С. Евстропьев, Сб. I, 9.

104. W.H. Zachariasen, J. Am. Chem. Soc., 54, 3841, 1932.

105. B.E. Warren, J. Am. Cer. Soc., 24, 256, 1941.

106. Е.Ф. Гросс, В. А. Колесова, Сб. I, 56.

107. J. Biscoe, J. Am. Cer. Soc., 24, 262, 1941.

108. H.B Белов, Изв. АН СССР (сер. геол.), № б, 44, 1951

109. G.J. Bair, J. Am. Cer. Soc., 19, 339, 347, 1936.119. Ф.Д. Брей, Сб. IV, 237.

110. J. Biscoe, A. Pincus, C. Smith, B.E. Warren, J. Am. Cer. Soc., 24, 116, 1941.

111. П.П. Кобеко, Сб. I, 19, 296.

112. B.B. Тарасов, а) Сб. I, 62; б) Сб. II, 78; в) Сб. IV, 23.

113. F.C. Lin, Glass. Ind., 44, 19, 1963.

114. B.V. Rao, VII Congr., № 104.

115. A.D. Pearson, W.R. Northover, J.F. Dewald, W.F. Peck, VI Congr., 357.

116. Б.Т. Коломиец, Т.Н. Мамонтова, Т.Ф. Назарова, Сб. 11, 465.

117. W.E.S. Turner, J. Sos. Glass Techn., 9, 147, 1925.

118. И.В. Гребенщиков, Строение стекла, Сборник. Гостехиздат, 1933, стр. 101.

119. W.C. Hagel, J. D. Mackenzie, Phys. Chem. Glasses, 5, 113, 1964.

120. K.K. Евстропьев, Диффузионные процессы в стекле. Стройиз-дат, 1969.

121. Овчинников В. В. // Электрохимия. 1988. Т. 24. С. 1163.

122. Ghowsi К., Gale R. J.//L Electrochem. Soc. 1989. V. 136. P. 867.

123. Одынец Л. Л. // Электрохимия. 1984. Т. 20. С. 463.

124. Albella J. М., Montero I., Sanchez O., Martinez-Duart J. M.//J. Electrochem. Soc. 1986. V. 133. P. 876.

125. Аппен A.A. Некоторые общие закономерности измененияс-войств силикатных стекол в зависимости от их состава, Докторская дисс., ИХС, 1953.

126. Аппен A.A. Химия стекла. Изд. "Химия". 1970.

127. К.К. Евстропьев, Исследование процессов ионной диффузии и электропереноса в стеклах, Автореф. докт. дисс., ЛТИ, 1966.

128. О.В. Мазурин, Электрические свойства стекол, Госхимиздат,1962.

129. Р.Л. Мюллер, ФТТ, 2, 1339, 1960.

130. Д. Р. Щербачев, И.Н. Сорокин, Д.В. Цветков, Н.Г. Назаров. Моделирование кинетики роста барьерного анодного оксида. Академия наук СССР, Электрохимия, Москва. 1991.

131. F. Günther, J. Am. Cer. Soc., 51, 528, 1968.

132. Павлушкин Н.М., Сентюрин Г.Г., Ходаковская Р.Я. Практикум по технологии стекла и ситаллов. Изд. 2-е перераб. и дополн. - М.: Стройиздат, 1970, 510с.

133. Paulik F., Paulik J. Thermoanalytical investigation using the de-rivatograph-"Interceram", 1979, v.28, №4, 409-410.

134. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур / В.В. Батавин, Ю.А. Концевой, Ю.В. Федорович. М.: Радио и связь, 1985. - 264 е., ил.

135. Энергия разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электроду. Справочное издание. Ред. В.Н. Кондратьев. М.: Наука. 1974. 351 с.

136. M.Putty, K.Najafi. "A micromachined vibrating ring gyroscope". Technical Digest, Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head, 1994,june, 13-16p.

137. Kumar K., Barban N., and Elwell J.M. "The charles stark Draper laboratory", Inc., Cambridge, MA 02139.р^кгрмрют (ТУ)1. Бархоткин В.А.

138. Зам. генерального директора по разработке новой техники и маркетингу,проектирования3 " (2 2000 г.1. Й&ШШШМЭ и "Микрон"1. В.Г.2 2000 г.1. АКТ

139. Изготовленные микросхемы ^^ёНТ!., удовлетворяютпредъявленным требованиям, что свидетельствует о целесообразности использования структур КНИ для изготовления ИС специального назначения.

140. Настоящий акт не является основанием для взаимных финансовых расчетов.1. Представители МИЭТ (ТУ)1. Представитель1. ОАО НИИМЭ и "Микрон1. Зав. кяЛрттппй ОХиЭ .1. Руководитель1. Петрова В.З./1. Луцкий И.Ю./1. Научный руководитель НИР1. Тимошенков С.П./

141. Проректор МГИЭТ (ТУ) С/Гсу^—^ Бархоткин В231. Директор НПК ТЦ

142. Сауров А.Н. 1 " 12. 2000 г.1. АКТо технологической апробации результатов диссертационной работы Дьячкова С.А. на тему: "Разработка и исследование технологических процессов анодного сращивания полупроводниковых структур".

143. Настоящий акт не является основанием для взаимных финансовых расчетов.1. Зав. кафедрой ОХиЭIу Л*■/» ^ /Петрова В. 33./1. Глав, технолог

144. Л^^^Р /Дягилев В.В./ Нач. лаборатории1. Л/( 7 /Зимин В.Н./

145. УТВЕРЖДАЮ" Проректор МГИЭТ (ТУ)1. Поспелов А.С." 2000 г.1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Дьячкова С.А. "Разработка и исследование технологических процессов анодного сращивания полупроводниковых структур".

146. Зав. каф. "Общая химия и эко проф., д.т.н.доц., к.т.н.