Україна, Запоріжжя, ¹ТОВ «Елемент-Перетворювач»; Миколаїв, ²Миколаївський політехнічний фаховий коледж.

В роботі розглядається технологія листової термоміграції (ТМ) тривимірних зон, яка реалізує рідинну епітаксію p⁺-Si^* на рельєфі n-Si, при виготовленні силових напівпровідникових приладів, кристали яких мають потоншені шари високоомної бази n-Si, що по периметру оточені областями p⁺-Si^* бокової ізоляції, та потовщені шари p⁺-Si^* емітеру. Тривимірні зони формуються капілярним втягуванням розплаву Al+Si в зазор між пластинами p⁺-Si та n-Si та в зазор канавок глибиною 120 мкм та шириною 40 мкм, які сформовані в пластині n-Si. Процес ТМ створює шари p⁺-Si^*, які в канавках є областями бокової ізоляції, а у плоскій частині n-Si — емітером. За такою технологією, яка має ряд переваг, створено діодні матриці в n-Si з питомим опором 20 Ом·см. Для рекристалізації використовували пластини p⁺-Si з питомим опором 0,005 Ом·см. Виготовлені діоди прямої полярності мали напругу пробою на рівні 1000 В, напругу падіння прямої напруги 1,17 В при щільності струму 2,0 А/мм² і час відновлювання зворотного опору τ_rr =1,5 мкс. Додаткове застосування технології створення рекомбінаційних центрів дозволило поліпшити τ_rr — до 0,5 мкс.
Опція різнотовщинності рідкої зони Al+Si процесу листової термоміграції задається топологічним мікрорельєфом поверхні кристалу, а властивість переважаючої швидкості руху зони з більшою товщиною в області впадин мікрорельєфу реалізує опцію епітаксіального зарощування впадин і вирівнювання рельєфу епітаксіальної поверхні, що є необхідним в багатьох випадках при реалізації конструкції напівпровідникових приладів.

Ключові слова: Al+Si розплав, діод, листова термоміграція, тривимірні зони.

1. Lozovsky V. N., Lunin L. S., Popov V. P. Zonnaya perekristallizatsiya gradiyentom temperatury poluprovodnikovykh materialov [Temperature-Gradient Zone Recrystallization of Semiconductor Materials]. Moscow, Metallurgiya, 1987, 232 p. (Rus)
2. Kravchina V. V. Polukhin O. S. [Thermomigration for technology of powerful semiconductors appliances]. Radio Electronics, Computer Science, Control, 2018, no. 3, pp. 16–24. https://doi.org/10.15588/1607-3274-2018-3-2 (Ukr)
3. Seredyn B.M., Balyuk A.V. Formation of flat zones during liquid-phase epitaxy in the field of a temperature gradient. Crystallization and properties of crystals. Issue: Interuniversity collection of scientific papers of the Platov Polytechnic Institute, 1989, рр. 119–126. (Rus)
4. Lozovsky V.N., Popov V.P., Darovsky N.Y. [Investigation of the possibility of obtaining p-n junctions free from surface breakdown by the TGZM method]. Crystallization and properties of crystals. Issue: Interuniversity collection of scientific papers of the Platov Polytechnic Institute, 1970, vol. 208, 67 p. (Rus)
5. Polukhin O.S., Semenov O.S. [Method of manufacturing silicon epitaxial matrix structures with peripheral isolating walls] Pat. UА, nо 41209 A, 2001, bull. 7. (Ukr)
6. Gorban O.N., Kravchyna V.V Features of the formation of comple¬mentary transistors for IC with dielectric isolation. Radio Electronics, Computer Science, Control, 2013, iss. 1, pp. 30–35. http://periodicals.zntu.edu.ua/index.php/1607-3274/article/view/14732 (Ukr)
7. Grekhov I.V., Kostyna L.S., Argunova T.S. et al. [Direct splicing of silicon wafers with simultaneous formation of diffusion layers]. Journal of Technical Physics, 2001, vol. 71, iss. 6, pp. 45–51. (Rus)
8. Polukhin O.S., Kravchina V.V. Thermomigration of non-oriented aluminium-rich liquid zones through (110) silicon wafers. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2021, №5–6, pp. 33–40. https://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.5-6.33 (Ukr)
9. Popov V.P., Seredin B.M., Zaichenko A.N., Seredina P.B. Influence of gallium and tin on the process of thermomigration of liquid zones based on aluminum in silicon. Bulletin of the North Caucasian Federal University, 2017, iss. 5 (62), pp. 39–45. https://vestnikskfu.elpub.ru/jour/article/view/915 (Rus)
10. Kuznetsov V.V., Lozovskii V.N., Seredin B.M. et al. Thermomigration kinetics in the Si–Al–Ga and Si–Al–Sn systems. Inorganic Materials, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 32–36. https://doi.org/10.7868/S0002337X18010062 (Rus)
11. Lomov A.A., Seredyn B.M., Martyushov S.Yu. et al. Shulpina structural perfection and composition of gallium-doped thermomigration silicon layers. Pisma v ZhTF, 2020, vol. 46, iss. 6, pp. 27–30. https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/49161 (Rus)
12. Bin Lu, Gautier G., Valente D., Morillon B. Etching optimization of post aluminum-silicon thermomigration process residues. Microelectronic Engineering, 2016, vol. 149, pp. 97–105. https://doi.org/10.1016/j.mee.2015.10.004%20Get%20rights%20and%20content
13. Morillon B., Dilhac J.-M., Auriel G. еt al. Realization of a SCR on an epitaxial substrate using Al thermomigration. 32nd European Solid-State Device Research Conference, 2002, Firenze, Italy, pp. 327–330. https://dx.doi.org/10.1109/ESSDERC.2002.194935
14. Morillon B. Etude de la thermomigration de l’aluminium dans le silicium pour la realisation industrielle de murs d’isolation dans les composants de puissance bidirectionnels. Rapport LAAS N 02460, 2002.
15. Anthony T.R., Cline H.E. Stresses generated by the the thermomigration of liquid inclusions in silicon. J. Аppl. Phys., 1978, vol. 49, iss. 12, pp. 5774–5782. https://doi.org/10.1063/1.324581
16. Gershanov V.Yu., Garmashov S.I. Nonlinear nonstationary effects in mass transfer processes. Rostov-on-Don, YuFU ed. 2014, 114 p. https://sfedu.ru/files/upload/per/57837/publ.html (Rus)
17. Lozovsky V.N., Seredyn B.M., Polukhin O.S. et al. [Equipment for the production of silicon structures by thermomigration]. Electronic equipment. Series 2: Semiconductors, 2015, no. 5, pp. 65–76. (Rus)
18. Gorban A. N., Kravchina V. V., Gomolsky D. M., Solodovnic A. I. Specifies of the formed fast cover silica diodes. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2008, no. 3, pp. 36–40. http://www.tkea.com.ua/tkea/2008/3_2008/st_09.htm (Rus)