диффузию галлия. Таким образом формируются слои р и п типа. Аналогичный процесс реализуется и при использовании фосфида галлия (GaP).

Преимуществом мышьяка является очень хорошее согласование по параметрам с решеткой кремния: размер его атомов такой же, как и у данного полупроводникового материала. Однако коэффициент диффузии мышьяка по сравнению с фосфором приблизительно на порядок меньше, поэтому на практике при формировании эмиттера мощного тиристора фосфор не всегда следует выбирать в качестве легирующей примеси.

5.3.4. Ионная имплантация

Ионная имплантация - это способ введения легирующей примеси в материал путем облучения его пучком высокоэнергетич-ных ионЪв. Пучок ионов может создавать источник в виде электрического разряда в паровой фазе, содержащей ионы легирующей примеси. Последние ускоряются под действием электрического поля и разделяются на ионы определенного типа в магнитном поле.

Обычно ионы ускоряются до энергий 100 кэВ и сканируют мишень* в поперечном направлении. Если высокоэнергетичные ионы проникают в материал, то они теряют свою энергию в результате взаимодействия с атомами и электронами, а затем останавливаются в какой-либо точке. Распределение имплантированных ионов в аморфном материале описывается с помощью кривой распределения Гаусса.

Средний пробег электронов называется проекционным пробегом, а половина ширины распределения - разбросом импланта. Длины проекционного пробега и разброса, установленные в (Smith, 1978], обычно очень небольшие по сравнению с размерами мощных приборов. Например, для бора, имплантированного в кремний с энергией 100 кэВ, пробег составляет 0,3 мкм, а разброс 0,07 мкм, в то время как для фосфора при тех же энергиях эти значения равны 0,124 и 0,046 мкм соответственно.

У монокристаллического кремния, подвергнутого имплантации путем воздействия ионного пучка, профиль распределения легирующей примеси отклоняется от распределения по Гауссу. Отчасти это связано с проникновением некоторых электронов на большую глубину через правильную кристаллическую решетку вследствие действия механизма канального эффекта

На практике этот механизм контролировать довольно сложно, и поэтому принимаются меры для его исключения. Кремниевую пластину наклоняют под углом 8-10° между ионным пучком и нормалью к поверхности. Вращение пластины и имплантация через тонкую пленку изоляционного материала также способствуют предупреждению данного эффекта. В отсутствие канально-152

Fo эффекта распределение ионно-имплантированной примеси Приближается к гауссовскому.

Основными преимуществами ионного легирования является высокая воспроизводимость процесса, возможность его прове-ения при комнатной температуре и простота маскирования с .cпoльзoвaниeм любых материалов, например фоторезиста, оксида или металлов. Хотя сам процесс имплантации можно осуществлять при комнатной температуре, после него кремний необходимо подвергнуть высокотемпературному (до 950° С) отжигу для удаления основной части радиационных дефектов и обеспечения перехода имплантированных ионов в электрически активное состояние замещения.

В связи с тем что легированный слой, созданный путем ионной имплантации, неглубокий, при изготовлении переходов мощных тиристоров он используется лишь в качестве источника легирующей примеси. Поскольку в процессе имплантации можно с высокой точностью измерить дозу ионов, имплантированный слой представляет собой хорошо контролируемый поверхност-1ый источник легирующей примеси.

Кроме того, в отличие от альтернативных методов осажДения легирующей примеси, в данном случае не исключено селективное низкотемпературное осаждение путем простого маскирования. При последующем высокотемпературном перераспределении легирующей примеси формируется хорошо контролируемый диффузионный профиль. Преимущество данного процесса заключается в его воспроизводимости и однородности [Chu е. а., 1977].

Ионная имплантация применяется для формирования буферных слоев п -типа асимметричных тиристоров. Альтернативным процессом является осаждение РОС!:;, однако он не обеспечивает хорошую однородность при низком (менее Ю см уровне легирования, необходимом для -буферных слоев тиристоров. Недостаток метода ионной имплантации по сравнению с другими способами легирования связан с высокой стоимостью изготовления мощных тиристоров.

5.3.5. Сплавные переходы

С момента создания полупроводниковых приборов метод сплавления широко применялся для формирования переходов. Кремний обычно сплавляют с такими металлами, как алюминий гИли золото, образующими эвтектический сплав при низкой температуре. Золото и кремний в сплаве содержатся в соотнопшнии 97:3, а его температура плавления составляет 370° С. В составе эвтектического сплава алюминия и кремния с температурой плав-Iления 577° С имеет место соотношение 88,2:11,8.

В сплавляемых материалах переходы формируются путем введения соответствующих акцепторных и донорных легирующих

примесей. Например, сплав золота и кремния можно легировать сурьмой или галлием с образованием слоев п- или р-типа. В сплаве алюминия и кремния в том случае, если не было предварительного легирования, всегда формируется слой р-типа.

Сплавление выполняется путем прижатия диска из сплава к поверхности кремния и последующего нагрева сплава до температуры не ниже точки плавления эвтектики в содержащей незначительное количество водорода восстановительной атмосфере. Это осуществляется в целях предотвращения формирования любых оксидов, которые могли бы препятствовать процессу легирования. При возрастании температуры поверхностный слой кремния, контактирующий с расплавленной эвтектикой, раство ряется в расплаве. С уменьшением температуры кремний из расплава рекристаллизуется на поверхности кремния с образованием слоя, содержащего легирующую примесь из сплава. Таким образом, формируется контакт металл - кремний с промежуточным слоем рекристаллизованного кремния р * - или м-типа.

Сплавы редко применяются для изготовления запирающих переходов, однако ранее их использовали при формировании эмиттеров тиристоров. Сплав золота и кремния с примесью сурьмы служит для образования катодных эмиттеров, а сплав кремния с алюминием - для изготовления анодных эмиттеров. В настоящее время, путем сплавления формируются только анодные приконтактные р+-слои к диффузионному эмиттеру р-типа мощных тиристоров.

5.4. Оксидирование

Оксидирование как составная часть процесса изготовления мощных тиристоров применяется, в частности, для получения диоксида кремния. Последний используется в качестве маскирующего слоя при селективной диффузии фосфора или бора, а также для пассивации поверхности (§ 5.8) или в виде поверхностного слоя при формировании рисунка металлизированных контактов ( окно в оксиде покрывается металлом для образования областей контактов, расположенных только внутри него).

Оксид образуется в результате взаимодействия кремния в поверхностном слое и кислорода при повышенной температуре. При сухом оксидировании процесс осуществляется в чистом кислороде, а в случае оксидирования в парах воды в атмосфере содержатся пары воды и кислород.

Основным различием между этими двумя процессами является скорость роста оксида. В парах воды и кислороде при температуре 1200° С оксид толщиной 0,5 мкм формируется приблизительно 18 мин, а при сухом оксидировании и той же толщине оксида процесс длится около 6 ч. Графические зависимости толщины оксида от времени и температуры приведены в [Beadle, Tsai, Plummer, 1985].