Хотя оксидирование и необходимо на некоторых стадиях изготовления тиристоров, оно отрицательно сказывается на токах утечки мощных тиристоров в закрытом состоянии [Baliga, 1977а]. Известно, что данный процесс может привести к формированию преципитатов диоксида кремния внутри кремния, которые выступают в качестве ловушек для примесей тяжелых металлов. Образующиеся горячие точки ухудшают характеристики тиристоров. Отжиг в атмосфере азота после оксидирования позволяет уменьшить размер дефектов и снизить их плотность [Ravi, 1981].

Альтернативным методом, позволяющим предотвратить фор- мирование и рост дефектов или ослабить этот процесс, является добавление хлора при оксидировании в оксид [Hattori, 1982], [Janssens, Declerck, 1978]. Сообщается также, что при введении хлора не исключено геттерирование металлических примесей, предотвращающее любое отрицательное воздействие процесса оксидирования на ток утечки тиристора.

5.5. Фотолитография

Катодный эмиттер мощного тиристора и анодный эмиттер запираемых и проводящих в обратном направлении тиристоров .ч.-йеют определенную конфигурацию, включая, например, шунты эмиттера. Это достигается путем планарной диффузии, т. е. диффузии через маскирующий слой с рисунком, или с помощью мезатехнологии. В последнем случае топология диффузионного перехода формируется посредством избирательного травления диффузионных слоев. Катоды, изготовленные по планарной и мезатехнологии, показаны на рис. 5.7.

При использовании обеих технологий требуются определенные методы точного воспроизведения рисунка на поверхности кремния. Таких методов два - фотолитография и трафаретная печать. Фотолитография применяется при изготовлении боль-ипнства полупроводниковых приборов, причем фоторезист наносится на поверхность кремниевой пластины методом центрифугирования. Это химически стойкий светочувствительный материал. Он подвергается воздействию ультрафиолетового излу-

nzmnzjT

pij=LRj=uq

Рис. 5.7. Катоды, изготовленные по планарной (а) и мезатехнологии (б):

/ - эмиттер 12 +-типа

чения через фотошаблон с требуемым рисунком, а затем проявляется с образованием копии рисунка на кремниевой пластине.

Далее проводится травление для формирования в соответствии с рисунком рельефа поверхности кремния или любого другого покрытия, например оксида. Преимуществом фотолитографии является возможность получения на большой поверхности кремния линий очень незначительной ширины, причем последующие слои , например металлизация, могут быть точно воспроизведены с учетом уже имеющегося рисунка.

Трафаретная печать широко используется для изготовления толстопленочных гибридных схем. Данный метод более экономичен по сравнению с фотолитографией, и технология его такова. Берется шелковый трафарет с рисунком, сформированным так, что его некоторые участки имеют поры. Трафарет прижимается к кремниевой подложке, и жидкий резист продавливается через него к пластине

Метод обладает следующими недостатками. Во-первых, он не позволяет реализовать геометрию с элементами уменьшенных размеров и, во-вторых, не обеспечивает точное совмещение одного рисунка .с другим. Однако в соответствии с требованиями к геометрии мощных тиристоров рисунки обычно бывают достаточно крупными, поэтому трафаретную печать можно рассматривать в качестве альтернативы фотолитографии.

5.6. Регулирование времени жизни неосновных носителей

заряда

Большинство процессов диффузии, оксидирования и фотолитографии, описанных выше, традиционно применяются при изготовлении различных полупроводниковых приборов и поэтому детально не рассматривались. Однако регулирование времени жизни неосновных носителей заряда является более специфичным процессом, в связи с чем имеет смысл остановиться на нем подробнее. Для мощных тиристоров существуют две возможности регулирования времени жизни: предотвращение образования или удаление сокращающих время жизни дефектов в процессе изготовления приборов и контролируемое уменьшение времени жизни носителей заряда для определения времени выключения или заряда обратного восстановления тиристора.

5.6.1. Предотвращение деградации времени жизни

При высокотемпературной обработке мощные тиристоры по сравнению с другими полупроводниковыми приборами особенно чувствительны к действию нежелательных примесей или дефектов иного типа. Это объясняется двумя причинами: во-первых, необходимостью длительной диффузии при повышенных темпе-

ратурах для получения глубоких переходов и, во вторых, использованием при функционировании приборов пластины по всей тол-,! щине, в то время как у слаботочных приборов нагружены лишь поверхностные слои, а остальная часть кремниевой пластины применяется для геттерирования нежелательных примесей, г Данные примеси проникают в кремний с его поверхности при диффузии в процессе высокотемпературной обработки. У некоторых из них, например меди, железа и золота, скорость диффузии на несколько порядков выше, чем у обычных легирующих примесей п- или р-типа. Деградацию времени жизни неосновных носителей из-за нежелательных примесей лучше всего предотвратить путем их удаления с поверхности кремния.

Загрязнения на поверхности кремниевой пластины появля-(Ются в процессе ее шлифовки или полировки, а также в связи с применением химикалиев для травления или очистки кремния, из-за воздействий окружающей среды, наличия источника диф-; фузанта или газов, используемых при диффузии, диффузионной 1 трубы или зажимного приспособления. Различные способы сни-

жения уровня загрязнений реализуются на практике при изготов-

лении интегральных схем с высокой степенью интеграции [Вап-!sal, 1983], [Burkman, 1981], [Hoenig, Daniel, 1984], [Schmidt,

1983].

Обнаружение рассмотренных примесей в кремнии, безусловно, является важной частью процесса изготовления приборов. Если это происходит уже на стадии получения кремния, то экономится производственное время. Существуют несколько довольно непродолжительных по времени методов обнаружения примесей в кремнии. Наиболее эффективные из них - емкостная спектроскопия [Lang, 1974] и метод, основанный на спаде напряжения в разомкнутой цепи [Derdouri, Letureq Minoz-Yague, 1980].

Последний метод позволяет оценить время жизни неосновных носителей заряда в кремнии. Для этого требуется р - п-диод, изготовленный из части обработанного кремния путем удаления его ненужных слоев. Без изменений остается только переход, блокирующий прямое или обратное напряжение. С помощью этого метода при правильном выборе места замера можно быстро обнаружить деградацию времени жизни носителей, однако не удается получить информацию о самих дефектах или примесях, обусловливающих этот процесс.

Эти данные выясняют с применением емкостной cneKiujcKO-пии, которая позволяет судить об энергии активации примесей в запрещенной зоне кремния и концентрации примесных уровней путем определения их влияния на вольт-фарадные временные характеристики р-м-перехода.

Оба рассмотренных метода использовались в [Paxman and Whight, 1980] для оценки процессов диффузии при изготовлении 1 мощных приборов. Было установлено, что данные процессы ха-Ш 157