рактеризуются двумя уровнями дефектов. Первый уровень, обнаруживаемый в м-базе прибора, находится на 0,267 эВ ниже дна зоны проводимости, а второй, в р-базе, на 0,31 эВ выше потолка валентной зоны.

Именно эти глубокие уровни несут ответственность за регулирование времени жизни неосновных носителей заряда. Оказалось, что глубокий уровень в п-базе можно создать путем быстрого охлаждения кремния начиная с температуры 1000° С, хотя природа самой примеси и не была определена.

Сообщалось также о применении емкостной спектроскопии при изготовлении мощных тиристоров в [Cress, Taylor, 1984]. Авторы установили диапазон энергетических уровней дефектов, введенных при производстве данных приборов, и идентифицировали два уровня дефектов как загрязнения золотом и железом. Особое значение этой работы заключается в констатации того факта, что концентрация глубоких уровней, созданных при первоначальной высокотемпературной обработке, существенно снижается при последующей диффузии фосфора. Этот процесс обусловлен эффектом геттерировании, связанным с диффузией, и рассмотрен в следующем разделе.

5.6.2. Улучшение времени жизни

Для мощных приборов разработаны процессы, позволяющие удалять примеси или дефекты (хотя всегда целесообразнее предупреждать их появление), которые называются геттерирова-нием. Геттерирование применяется перед изготовлением прибора или в процессе его производства.

Использование геттеров на ранней стадии производственного цикла называется геттерированием перед оксидированием. Это определение обусловлено основной целью данного вида обработки - ликвидацией примесей или микродефектов, которые при последующих технологических операциях, например оксидировании, могут действовать как центры зарождения активных дефектов.

Принцип геттерировании основан на том, что примесь или дефект находится в виде твердого раствора, а не устойчивого преципитата. Путем диффузии их можно быстро переместить из критических областей прибора в неактивную зону, которой у мощного тиристора является поверхность кремниевой пластины. В дальнейшем примесь или дефект должны быть захвачены в этой некритической зоне.

В большинстве случаев при реализации геттерировании перед оксидированием одна сторона пластины обрабатывается таким образом, чтобы у данной поверхности создавалось механическое напряжение. Именно оно и стимулирует диффузию примеси или дефекта по направлению к поверхности. Данное напряжение

можно создавать несколькими различными способами, например абразивной обработкой полупроводниковых пластин, ионной имплантацией, осаждением нитрида кремния или диффузией ; фосфора при высоких концентрациях и температуре для обеспечения напряжений несоответствия.

Более полно эти проблемы рассмотрены в [Ravi, 1981]. Во всех случаях дефекты перемещаются из критической области

прибора к одной стороне пластины.

Другим эффективным способом геттерирования полупровод- никовых пластин перед оксидированием является отжиг в азоте и оксидирование в атмосфере хлора [Hattori, 1982], [Ravi, 1981].

Для монгных тиристоров наиболее широко геттерирование применяется как часть обычного процесса диффузии или на

завершающей стадии обработки. Такие процессы называются диффузионным геттерированием и используются в целях удаления из рабочей части прибора примесей тяжелых металлов, которые в противном случае обусловливают высокие напряжения в открытом состоянии и мягкие характеристики пробоя.

Традиционными эффективными процессами геттерирования I методом диффузии являются процессы с применением фосфора и бора. Если тиристору необходим высоколегированный поверхностный слой, в частности, для металлизированных- контак-

(тов, то диффузионное геттерирование может представлять собой часть процесса формирования перехода при изготовлении тиристора с использованием, например, бора для р -анодного слоя или фосфора для м + -катодного слоя эмиттера. В противном случае геттерирующий диффузионньп слой удаляется путем

химического травления или абразивной обработки.

Типичньн1[ процесс диффузионного геттерирования состоит из двух этапов: осаждения сильнолегированного слоя стекла, например фосфоро- или боросиликатного, и последующего отжига. Механизмы, с помощью которых осуществляется функционирование данных геттеров, зависят от типа вводимой примеси. Предполагается, однако, что определяющими являются следующие факторы: механическое напряжение, связанное с высокой концентрацией легирующей примеси и обусловливающее диффузию нежелательной примеси, и возрастающая растворимость примесей в сильнолегированном кремнии и слоях стекла на тиристоре. Например, медь и золото при геттерировании перемещаются к сильнолегированным слоям кремния, в то время как железо накапливается в слое стекла [Meek, Seidel, Cullis, 1975], [Na-kamura, Kato, Oi, 1968].

5.6.3. Контролируемое уменьшение времени жизни

При успешном применении рассмотренных выше методов время жизни неосновных носителей заряда в структуре тиристора

на завершающем этапе его изготовления будет значительным. Для тиристоров, используемых на низких частотах, и для отдельных приборов, не соединенных друг с другом последовательно, дальнейшее регулирование времени жизни не требуется, так как у каждого тиристора уже гарантируется выполнение условия низкого падения напряжения в открытом состоянии.

При этом обеспечиваются значительные накопленный заряд и время выключения тиристора, но для данных условий применения это уже не имеет существенного значения. Однако во многих случаях время выключения и заряд обратного восстановления тиристора являются его главными характеристиками, и поэтому они должны контролироваться путем предварительного выбора времени жизни неосновных носителей.

В современной технологии изготовления тиристоров для регулирований времени жизни носителей применяется легирование металлическими примесями, например золотом или платиной, или используется излучение высокой энергии. В обоих случаях важно создать глубокий центр захвата в запрещенной зоне кремния, действующий как уровень рекомбинации для электронов или дырок.

Для определения влияния глубоких центров захвата на время жизни неосновных носителей заряда целесообразно воспользоваться уравнениями (3.3) - (3.8). В них проанализировано время жизни в различных условиях: во-первых, при низких уровнях инжекции тц для регулирования времени выключения, накопленного заряда и диффузионных токов, во-вторых, при высоких уровнях инжекции тщ. с целью контроля напряжения в открытом состоянии и, в-третьих, в области пространственного заряда для определения создаваемого пространственными зарядами тока, т. е. тока утечки тиристора.

В случае оптимальных характеристик тиристора время выключения должно быть небольшим, напряжение в открытом состоянии минимальным и ток утечки незначительным, особенно при рабочей температуре прибора. Для достижения этого идеа ла времена жизни в области пространственного заряда и при высоких уровнях инжекции должны быть большими, а время жизни при низких уровнях инжекции незначительным.

Характеристики уровня рекомбинации, при которых обеспечивается это идеальное состояние, определены в [Baliga, Krishna, 19771 и (Baliga, 1977b с учетом теоретических предпосылок (максимальное значение соотношения Хщ./хц при сохранении достаточно большого Xsc) и технологических требований. Последние допускают лишь незначительное влияние примесей, связанное с эффектами легирования, на удельное электрическое сопротивление п-базы.

Кроме того, это воздействие должно быть положительным при изменении значения удельного электрического сопротивления 160