эмиттерной области п-типа, где время жизни неосновных носителей заряда не является важным параметром. [ Как и при использовании бора, дефекты, вызванные фосфором, могут обусловить геттерирующее действие. Альтернативной донорной легирующей примесью является мышьяк. Напряжение, возникающее при его применении, незначительно, однако скорость диффузии существенно ниже, чем при использовании фосфора. По этой причине мышьяк редко применяется при изготовлении мощных тиристоров.

Основные уравнения, описывающие диффузионные профили, коэффициенты диффузии и важнейшие требования при формировании диффузионных слоев приведены в § 3.3. В данном параграфе будут представлены диффузионные и другие системы для создания р - п-переходов в мощных тиристорах.

5.3.1. Диффузия галлия и алюминия

Согласно рис. 5.1 первой стадией процесса изготовления мощ- ных тиристоров является проведение диффузии акцепторов для создания основных запирающих переходов. Поскольку требуется обеспечить глубину перехода, равную 30-140 мкм, и низкую Плотность дефектов, обычно в качестве легирующих примесей используют галлий и алюминий. Они вводятся путем диффузии с обеих сторон пластины, и в результате формируется р - п - р-етруктура.

Различают диффузионные процессы в открытых или запаянных трубах. Процесс диффузии в запаянной трубе показан на рис. 5.5. Кремниевые пластины помещают в кварцевую трубу вместе с легирующей примесью (обычно в элементарной форме). Затем трубу откачивают и заполняют инертным газом. Запаянную трубу помещают в диффузионную печь, где она обычно и находится в течение 15-50 ч, подвергаясь воздействию температур 1200-1250° С.

После этого трубу открывают, вынимают обработанную пластину и быстро очищают ее, подготавливая к следующей операции. При использовании галлия его количество, осажденное на поверхность кремниевой пластины, определяется исходя из следующих параметров: во-первых, растворимости в твердом состоянии галлия в кремнии и, во-вторых, давления паров галлия в запаянной трубе. Обе характеристики зависят в первую очередь от температуры, поэтому и поверхностная концентрация галлия I

Рис. 5.5. Система для про- Z-

Ведения диффузии мето- дом запаянной трубы: 1

I, 3 ~ уплотнение; 2 - Кварцевая труба; И - источник

Рис. 5.6. Система для проведения диффузии мето-3 дом открытой трубы:

/ - подача газа; 2 - кремниевая пластина; 3 - выход газа

В Кремнии после диффузии определяется главным образом температурой, при которой осуществлялась диффузия.

Процесс диффузии алюминия в запаянной трубе осложняется реакцией, проходящей между алюминием и кварцем трубы [Као, 1967], [Choudhury, Selim, Ta;ei, 1977]. Парциальное давление алюминия по сравнению с галлием при любой заданной температуре существенно ниже, что обусловливает низкую поверхностную концентрацию. Дальнейшее снижение концентрации связано со взаимодействием алюминия и кварца. В конечном итоге после диффузии алюминия при температуре 1250° С поверхностная коНсентрация составляет около 5-10 см~, в то время как при использовании галлия и той же температуре диффузии она равнялась бы 8-10® см~.

Методы преодоления данных ограничений в концентрации при диффузии алюминия разработаны в [Као, 1967], [Rosnow-ski, 1978 , [Chang, 1981]. В [Као, 1967] повышение поверхностной концентрации осуществляется путем насыщения стенок кварцевой трубы алюминием. В [Rosnowski, 1978] предложено проводить диффузию алюминия в высоком вакууме. Согласно [Chang, 1981] процесс происходит в совершенно открытой трубе (рис. 5.6).

При этом кремниевые пластины находятся в кварцевой трубе диффузионной печи, а газ перемещается вдоль нее. Проводить диффузию алюминия методом открытой трубы можно по-разному. В первом случае кремниевые пластины чередуются с дисками из сильнолегированного алюминием кремния, являющегося источником. При температуре диффузии 1200° С алюминий из источника в потоке газа переносится в кремний. Во втором случае источник алюминия в элементарной форме устанавливается перед пластинами. Пары испаряющегося алюминия в потоке газа поступают к кремниевым пластинам.

Применение метода открытой трубы позволило в значительной степени преодолеть ограничения, вызванные технологией диффузии в запаянной трубе, и обеспечить требуемую поверхностную концентрацию в диапазоне от 1 10 до 1-10 атом/см1 В то же время было установлено, что процесс диффузии алюминия очень чувствителен к наличию паров кислорода и воды в потоке газа.

5.3.2. Диффузия бора

Бор обычно осаждают на кремниевые пластины, применяя для этого системы с открытой трубой. Введение данной легиру-150

jomefi примеси осуществляется двумя способами. Первый способ заключается в транспортировке соединения бора от твердого источника диффузанта (триоксида бора, В2О3) или жидкого (трибромида бора, ВВгз) газом-носителем, например азотом. Если источником диффузанта является ВВгз, то происходит его взаимодействие с кислородом в диффузионной трубе с образованием В2О3.

Второй способ основан на применении твердых источников Диффузанта в виде плоских дисков из нитрида бора (BN). Диски, расположенные в потоке газа, чередуются с кремниевыми пластинами. Нитрид бора взаимодействует с кислородом с образованием триоксида бора. Во всех случаях источники бора образуют слой боросиликатного стекла на поверхности кремния, который и служит источником диффузанта.

Одна из проблем, связанных с применением бора, заключается в сложности удаления боросиликатного стекла, так как этот процесс можно осуществить только путем травления с незначительной скоростью при использовании большинства химикалиев. Одним из традиционных решений, обеспечивающих существенное повышение скорости травления стекла во фтористоводородной кислоте, является проведение оксидирования в парах воды после осаждения бора.

5.3.3. Диффузия фосфора и мышьяка

Осаждение фосфора обычно осуществляется с помощью окси-;лорида фосфора (РОСЬ). Эта жидкость транспортируется к 1ремниевой пластине в соответствии с технологией диффузии методом открытой трубы при одновременном барботировании ерез нее азота. В трубе диффузионной печи происходит смешение POCI3 с контролируемым количеством кислорода и образование фосфорного ангидрида.

Продуктом его реакции с кремнием является фосфоросили-Катное стекло - источник фосфора. Поверхностная концентрация, определяемая диффузией фосфора, зависит от нескольких параметров, в том числе от концентрации POCI3 в потоке газа, крличества кислорода и температуры диффузии. Результаты <?,сследования этих параметров и их влияния на поверхностное сопротивление осажденных слоев фосфора приведены в [Heynes, Wilkerson, 1967]. ,j Диффузия мышьяка методом открытой трубы не нашла широкого применения при изготовлении мощных тиристоров из-за токсичности соединений мышьяка. Метод запаянной трубы используется лишь в некоторых случаях, причем в качестве источника диффузанта целесообразно применять арсенид галлия (GaAs). Области кремния можно маскировать оксидом, препятствующим диффузии мышьяка, но позволяющим осуществлять