radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical Universityradioelectronics-191Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВENGINEERING DESIGN AND TECHNOLOGIES OF RADIO ELECTRONIC FACILITIESМониторинг структурного качества границы раздела "кремний-сапфир" методом поверхностной фотоЭДСThe Monitoring of Structural Quality of Silicon-Sapphire Interface by the Surface Photovoltage MethodФедотовС. Д.FedotovS. D.

инженер (2014, Российский химико-технологический университет (РХТУ) им.  Д. И. Менделеева) по специальности "Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники", аспирант Национального  исследовательского университета "МИЭТ" (Москва, Зеленоград). Инженер- исследователь АО "ЭПИЭЛ" (Москва, Зеленоград). Автор 20 научных работ. Сфера научных интересов - эпитаксия кремния на диэлектрических  подложках; разработка процессов формирования структур кремний на  изоляторе, в частности, гетероэпитаксиальных структур кремний на сапфире, предназначенных для изготовления радиационно стойких схем, СВЧ-приборов и тензометрических датчиков; процессы формирования гетероструктур для силовой электроники

Dipl.-engineer on "Chemical technology of single crystals, materials and electronic devices" (2014, Dmitry Mendeleev  University of Chemical Technology of Russia), postgraduate  student of National Research University of Electronic  Technology. Research engineer in Laboratory of analysis and development of technologies of EPIEL JSC (Moscow,  Zelenograd). The author of 20 scientific publications. Area  of expertise: epitaxy of silicon on dielectric substrates; development of the formation processes of SOI, heteroepitaxial structures of silicon on sapphire (SOS),  intended for the manufacture of radiation hardened circuits, microwave devices and strain gauges; the processes of forming wafers for power electronics

fedotov.s.d@yandex.ruТимошенковС. П.TimoshenkovS. P.

доктор технических наук (2004), профессор (2007), заведующий кафедрой микроэлектроники факультета интеллектуальных технических  систем Национального исследовательского университета МИЭТ (Москва,  Зеленоград), лауреат премии Правительства РФ (2007). Автор 180 научных  работ. Сфера научных интересов - изучение физико-химических процессов  сращивания и формирования многослойных, сложнопрофильных структур для  микроэлектроники и микросистемной техники, формирование структур кремний на изоляторе (КНИ), разработка технологии изготовления и сборки чувствительных элементов МЭМС

D.Sc. in Engineering (2004), Professor (2007), the chief of the Department of of Microelectronics of National Research  University of Electronic Technology. Laureate of the Russian  Federation Government award (2007). The author of 180  scientific publications. Area of expertise: study of physic- chemical processes of splicing and the formation of multi- layered, complex structures for microelectronics and  Microsystem technology, the formation of silicon on insulator (SOI), development of technology of manufacture and Assembly of a MEMS sensor

spt@miee.ruСоколовЕ. М.SokolovE. M.

ведущий научный сотрудник АО "ЭПИЭЛ" (Москва, Зеленоград). Окончил Московский государственный университет (1975) по специальности  "Химия". Автор более 90 научных работ. Сфера научных интересов -  полупроводниковое материаловедение, в частности, технологии создания структур различного типа на основе кремния и его соединений,  предназначенных для изготовления приборов и интегральных схем

Dipl.-engineer on chemistry (1975, Moscow State University), leading researcher of the EPIEL JSC (Moscow,  Zelenograd). The author of more than 90 scientific  publications. Area of expertise: semiconductor materials  science, in particular, the technology of creation of  structures of various types based on silicon and its compounds, intended for the manufacture of devices and integrated circuits

se41@rambler.ruСтаценкоВ. Н.StatsenkoV. N.

генеральный директор АО "ЭПИЭЛ" (Москва, Зеленоград). Окончил Московский институт электронной техники (МИЭТ) (1981) по  специальности "Полупроводники и диэлектрики". Автор более 40 научных  работ. Сфера научных интересов - проведение эпитаксиальных процессов, авто- и гетероэпитаксия полупроводниковых соединений, в т. ч.  соединений "полупроводник на изоляторе", быстрые термические процессы

Dipl.-engineer (1981, Moscow Institute of Electronic Technology (MIET)), CEO of EPIEL JSC (Moscow,  Zelenograd). The author of more than 40 scientific  publications. Area of expertise: conducting epitaxial  processes; homo- and heteroepitaxy semiconductor  compounds, including compounds "semiconductor on insulator"; rapid thermal processes

vstatsenko@epiel.ruНациональный исследовательский университет "МИЭТ"РоссияNational Research University of Electronic TechnologyRussian FederationАО "ЭПИЭЛ"РоссияEpiel JSCRussian Federation201728102017052835Copyright © Федотов С.Д., Тимошенков С.П., Соколов Е.М., Стаценко В.Н., 20172017Федотов С.Д., Тимошенков С.П., Соколов Е.М., Стаценко В.Н.Fedotov S.D., Timoshenkov S.P., Sokolov E.M., Statsenko V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/191

Приведены результаты оценки структурного качества границы раздела "кремний-сапфир" гетероэпитаксиальных структур "кремний на сапфире" (КНС) с толщиной слоя кремния  200...600 нм, изготовленных методом газофазной эпитаксии с помощью пиролиза  моносилана. Качество границы раздела оценивалось методом поверхностной фотоЭДС  (ПФЭ) путем регистрации изменения поверхностного потенциала в процессе зондирования  структуры световым потоком с заданной длиной волны, а также методом рентгеновской  рефлектометрии. Мониторинг качества структур КНС в процессе их изготовления позволил  определить технологические параметры, влияющие на значение сигнала ПФЭ. Наиболее значимыми параметрами являются температура и скорость роста слоя кремния.  Отмечена корреляция между результатами измерений амплитуды сигнала ПФЭ и данными  рентгеновской рефлектометрии. Тестирование p-канальных МОП-транзисторов на  структурах КНС показало, что при амплитуде более 0.45 В ток утечки транзистора в  закрытом состоянии составлял 2...16 нА, в то время как на структурах с меньшими значениями амплитуды этот ток не превышал 4 нА.

Heteroepitaxial silicon-on-sapphire (SOS) wafers with a layer thickness of 200 and 600 nm were fabricated by the vapor phase  epitaxy with monosilane as a precursor. The assessment of structural quality of silicon-sapphire interface was carried out by the surface photovoltage method (SPV) and X-ray reflectometry. Technological parameters of the manufacturing process that affecting to the  amount of SPV signal were determined via SOS quality monitoring.  We conclude that deposition temperature and the growth rate are  most important process parameters in this cause. It was found that  SPV method can be used as monitoring method of SOS fabrication  process, because SPV signals are correlated with Xray reflectometry  results. Probably, SPV method allowed to evaluate the structural and electrophysical parameters of silicon- sapphire interface. SOS device performances as function of SPV signal were determined. The leakage current of test pchannel MOS transistor in the closed state  was on 2-16 nA when SPV signal higher than 450 mV and the  leakage current was approximately 4 nA when SPV signal lower than 450 mV.

Гетероэпитаксиальные структурыгазофазная эпитаксиякремний на сапфирекремний на изолятореграница разделаповерхностная фотоЭДСповерхностный потенциалHetero epitaxial StructuresGas Phase EpistaxisSilicon on SapphireSilicon on InsulatorInterfaceSurface Photo VoltageSurface PotentialReferencesCeller G. K., Cristoloveanu S. Frontiers of Siliconon-Insulator // J. of Appl. Phys. 2003. Vol. 93. P. 4955-4978.Celler G. K., Cristoloveanu S. Frontiers of Silicon-on- Insulator. Journal of Appl. Phys. 2003, vol. 93, pp. 49554978.Heteroepitaxial Silicon Film Growth at 600 °C from an Al-Si Eutectic Melt / P. Chaudhari, H. Shim, B. A. Wacaser, M. C. Reuter, C. Murray, K. B. Reuter, J. Jordan- Sweet, F. M. Ross, S. Guha // Thin Solid Films. 2010. Vol. 518, iss. 19. P. 5368-5371.Chaudhari P., Shim H., Wacaser B. A., Reuter M. C., Murray C., Reuter K. B., Jordan-Sweet J., Ross F. M., Guha S. Heteroepitaxial Silicon Film Growth at 600 °C from an Al-Si Eutectic Melt. Thin Solid Films. 2010, vol. 518, no. 19, pp. 5368-5371.Large Thickness-Dependent Improvement of Crystallographic Texture of CVD Silicon Films on r-Sapphire / M. Moyzykh, S. Samoilenkov, V. Amelichev, A. Vasiliev, A. Kaul // J. of Crystal Growth. 2013. Vol. 383. P. 145-150.Moyzykh M., Samoilenkov S., Amelichev V., Vasiliev A., Kaul Large A. Thickness- Dependent Improvement of Crystallographic Texture of CVD Silicon Films on r- Sapphire. Journal of Crystal Growth. 2013, vol. 383, pp. 145-150.Colinge J. P. Thin film SOI technology: the solution for many submicron CMOS problems // IEEE Int. Electron Devices Meeting. Washington: Technical Digest proceedings, 1989. P. 817-820.Colinge J. P. Thin film SOI technology: the solution for many submicron CMOS problems. IEEE Int. Electron Devices Meeting. Washington, Technical Digest proceedings, 1989, pp. 817-820.Advanced Thin-Film Silicon-on-Sapphire Technology: Microwave Circuit Applications / R. A. Johnson, P. R. de la Houssaye, C. E. Chang, Pin-Fan Chen, M. E. Wood, G. A. Garcia, I. Lagnado, P. M. Asbeck // IEEE Trans Electron Dev. 1998. Vol. 45, iss. 5. P. 1047-1054.Johnson R. A., de la Hous-saye P. R., Chang C. E., Pin-Fan Chen, Wood M. E., Garcia G. A., Lagnado I., Asbeck P. M. Advanced Thin-Film Silicon-on-Sapphire Technology: Microwave Circuit Applications. IEEE Trans Electron Dev. 1998, vol. 45, no. 5, pp. 1047-1054.Galchev T., Welch W. C., Najafi K. A New Low-Temperature High-Aspect-Ratio MEMS Process Using Plasma Activated Wafer Bonding // J. Micromech. Microeng. 2011. Vol. 21. P. 1-11.Galchev T., Welch W. C., Najafi K. A New Low-Temperature High-Aspect-Ratio MEMS Process Using Plasma Activated Wafer Bonding. Journal Micromech. Microeng, 2011, vol. 21, pp. 1-11.Cristoloveanu S., Li Sh. Electrical Characterization of Silicon-on-Insulator Materials and Devices // The Springer Int. Ser. in Engineering and Computer Science. Vol. 305. New York: Springer, 1995. 381 р.Cristoloveanu S., Li Sh. Electrical Characterization of Silicon-on-Insulator Materials and Devices. The Springer Int. Ser. in Engineering and Computer Science. Vol. 305, New York, Springer, 1995, 381 p.Бордовский П. A., Булдыгин А. Ф., Петухов Н. И. Контроль качества структур КНС CBЧ-методом // Микроэлектроника. 2008. Т. 37, № 2. С. 101-110. Статья поступила в редакцию 28 июля 2017 г.Bordovsky P. A., Bulygin A. F., Petukhov N. I. Quality Control of SOS Wafers by SHF Method. Mikroelektronika [Microelectronics]. 2008, vol. 37, no. 2, pp. 101-110. (In Russian)Implant Metrology for SOI Wafers Using а Surface Photovoltage Technique / A. F. Bertuch, W. Smith, K. Steeples, R. Standley, A. Stefanescu, R. Johnson // ECS Trans. 2007. Vol. 6, iss. 4. P. 179-184.Bertuch A. F., Smith W., Steeples K., Standley R., Stefanescu A., Johnson R. Implant Metrology for SOI Wafers Using а Surface Photovoltage Technique. ECS Trans. 2007, vol. 6, no. 4, pp. 179-184.Подшивалов В. Н. Определение диффузионной длины неосновных носителей заряда с использованием цифрового осциллографирования сигнала поверхностной фотоЭДС // Микроэлектроника. 2010. Т. 39, № 1. С. 38-45.Podshivalov V. N. Determination of Diffusion Length of Minority Carriers by Digital Oscilloscope Surface Photovoltage Signal. Mikroelektronika [Microelectronics]. 2010, vol. 39, no. 1, pp. 38-45. (In Russian)Применение методики поверхностной фотоЭДС для контроля качества кремниевых эпитаксиальных слоев на сапфире / А. Ф. Яремчук, А. В. Старков, А. В. Заикин, А. В. Алексеев, Е. М. Соколов // Изв. вузов. Электроника. 2013. Вып. 103, № 5. С. 14-19.Yaremchuk A. F., Starkov A. V., Zaikin A. V., Alekseev A. V., Sokolov E. M. Application of the SPV Method for Quality Control of SOS Wafers. Izvestiya vuzov. Electronika [Electronics]. 2013, vol. 103, no. 5. pp. 14-19. (In Russan)Козлов Ю. Ф., Зотов В. В. Структуры КНС: технология, свойства, методы контроля, применение. М.: Изд-во МГИЭТ, 2004, 137 с.Kozlov Yu. F., Zotov V. V. Struktury KNS - tekhnologiya, svoistva, metody konrolya, priminenie [Silicon on Sapphire Wafers: Technology, Characteristics, Measurements, Application]. Moscow, MGIET, 2004, 137 p.Игнатов А. Ю., Постолов В. С., Филимонов А. С. Влияние технологических факторов процесса эпитаксии на физические свойства границы раздела кремний-сапфир // Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии: VI Междунар. конф., Кисловодск-Ставрополь, 17-22 сент. 2006 г. / СевКавГТУ. Ставрополь, 2006. С. 210-213.Ignatov A. Yu., Postolov V. S., Filimonov A. S. The Influence of Technological Factors of the Process of Epitaxy on the Physical Properties of the Interface of the Silicon- Sapphire. Proc. of VI Int. conf. Khimiya tverdogo tela i sovremennye mikro i nanotekhnologii [Solid state chemistry and modern micro and nanotechnologies]. Kislovodsk - Stavropol, September 17-22, 2006, SevKavGTU, pp. 210-213.Сидоров А. И., Сальников Л. А., Чумак В. Д. Исследование границы раздела кремний-сапфир структур КНС по измерению проводимости четырехзондовым методом с поперечным высоковольтным полем // Электронная техника. Материалы. 1985. Вып. 5 (204). C. 20-22.Sidorov A. I., Salnikov L. A., Chumak V. D. Investigation of Silicon-Sapphire Interface of SOS Wafers by Four-Probe Method with Cross High Voltage. Elektronnaya tekhnika. Materialy [Electronic engineering. Materials]. 1985, vol. 5 (204), pp. 20-22.Mechanism of H2 Pre-annealing on the Growth of GaN on Sapphire by MOVPE / M. Tsuda, K. Watanabe, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, R. Liu, A. Bell, F. A. Ponce // App. Surface Science, 2003, Vol. 216. P. 585-589.Tsuda M., Watanabe K., Kamiyama S., Amano H., Akasaki I., Liu R., Bell A., Ponce F. A. Mechanism of H2 Preannealing on the Growth of GaN on Sapphire by MOVPE. App. Surface Science. 2003, vol. 216, pp. 585-589.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.