центрифуги скорость осаждения не зависит от электрохимического состояния поверхности кремния.

После осаждения связующее выжигается при температуре ниже температуры плавления стекла. Эта стадия обработки очень важна, поскольку при ее исключении следы связки могут изменить структуру расплавленного стекла. Затем температуру поднимают выше температуры плавления стекла и происходит соединение частиц. Температура плавления стекла в зависимости от его состава обычно равна 650-900° С. В идеале она должна быть настолько низкой, чтобы процесс плавления оказывал самое незначительное влияние на диффузионные слои тиристорной структуры и температурное напряжение было минимальным.

Кроме того, если возможно, требуется обеспечить проведение металлизации перед стеклованием. К сожалению, у стекол с низкой температурой плавления высокие коэффициенты теплового расширений. Поэтому не исключено растрескивание стекол при использовании толстых слоев, хотя они и обладают высокой электрической прочностью. Для пассивации мощных приборов используются, в частности, свинцовоалюмосиликатные и цинко-боросиликатные стекла.

Первые характеризуются низким коэффициентом теплового расширения, поэтому их целесообразно применять для толстых пассивирующих слоев [Assour, Bender. 1977], [Flowers, Hughes, 1982]. Вторые отличаются более высокой термической стабильностью. Их электрическая прочность также выше, однако по сравнению со стеклами на основе свинца у них повышенная температура плавления.

Важными характеристиками стекла и процесса его осаждения являются величина и тип стационарного заряда в стекле. Как следует, например, из рис. 2.16, эти показатели могут влиять на протяженность области пространственного заряда у перехода. Для р+-п-перехода требуется определенный отрицательный заряд, так как он способствует расширению области пространственного заряда и снижению максимальной напряженности электрического поля у поверхности. Однако слишком большой стационарный заряд приводит к чрезмерному расширению границ области пространственного заряда, смыканию в п-базе и соответственно высокому току утечки. Величина и разновидность стационарного заряда в стекле зависят от типа стекла и условий плавления. Цинкоборосиликатное стекло приобретает только положительный заряд, значение которого уменьшается при повышении температуры плавления и добавлении азота в кислородную среду [Misawa, 1981]. У свинцовоалюмосиликатного стекла имеется отрицательный заряд, увеличивающийся при возрастании содержания кислорода в газообразной среде в процессе оплавления [Flowers, Hughes, 1982].

5.8.2. Термические оксиды

Несмотря на то что эти оксиды широко применяются для пассивации рассчитанных на низкое напряжение приборов, они редко используются в мощных тиристорах. Это связано в первую очередь с тем, что слой термического оксида содержит подвижный заряд, взаимодействующий с сильными электрическими полями, имеющимися у поверхности мощного тиристора, что может привести к нестабильности и мягким характеристикам пробоя.

Однако термические оксиды используются для пассивации низковольтного перехода катод - управляющий электрод запираемых тиристоров. Пробой перехода происходит при 20-30 В, а пассивация термическим оксидом при этом уровне напряжений очень эффективна. Другим недостатком рассматриваемого процесса пассивации является высокая температура выращивания оксида, ограничивающая сферу его применения тиристорными структурами, стойкими к действию температурных напряжений, возникающих при формировании пассивирующего слоя. Приборы, у которых снимается фаска или вытравливаются углубления, не пригодны для пассивации термическим оксидом, так как в процессе образования профиля в кремниевой пластине возникают механические напряжения. Кроме того, существует высокая вероятность механического повреждения кремния при высокотемпературном оксидировании.

Альтернативой высокотемпературному оксидированию является выращивание оксида при низкой температуре и нанесение на образовавшийся очень тонкий слой других диэлектриков.

5.8.3. Пассивация полуизолирующим поликристаллическим

кремнием

Слои полуизолирующего поликристаллического кремния фор->мируются путем осаждения из газовой фазы при низком давле-нии с применением смесей SiH4-N2O-№ и SiH4-NH3-N2. При этом получают легированные кислородом или азотом пленки. Легированный кислородом кремний - электрически нейтральный материал с очень высоким удельным электрическим сопротивлением, изменяющимся в диапазоне от 10 до Ю Ом-см, и содержанием атомов кислорода 10 и 35% соответственно [Matsushita, Aoki, Ohtsu, 1976].

Слой поликристаллического кремния, легированного азотом, является эффективным барьером для большинства ионных загрязнений. Применение для пассивации мощных приборов многослойной системы, включающей легированный кислородом или азотом кремний и диоксид кремния, изучалось в [Matsuchita, Aoki, Ohtsu, 1976] и [Mimura, 1985].

Рис. 5.14. Система пассивации с применением полуизолирующего поликристаллического кремния: / - полуизолирующий поликристалличе-ский кремний, легированный азотом; 2 - то же, но легированный кислородом; 3 - ток

<!)+

Одна из возможных систем пассивации представлена на рис. 5.14. Она включает в себя легированный кислородом слой на поверхности кремния, покрытый тонким слоем легированного азотом кремния. Последний защищает нижний слой полуизолирующего поликристаллического кремния от ионных загрязнений. Верхнее покрытие, т. е. толстый слой ЗЮг, необходимо, так как тонкий слой легированного азотом кремния имеет недостаточную электрическую прочность.

Если переход смещен в обратном направлении, то напряжение смещения прикладывается также и к полуизолирующему поликристаллическому кремнию. В последнем появляется ток, т. е. он оказывается под большим отрицательным смещением. Это явление сходно с полевым эффектом и вызывает релаксацию поверхностного поля по мере расширения области пространственного заряда в -базе. Данный эффект поля усиливается при уменьшении значения удельного сопротивления полуизолирующего поликристаллического кремния, однако при этом, к сожалению, возрастает также ток и соответственно ток утечки перехода.

Таким образом, правильный выбор значения удельного сопротивления исходя из содержания кислорода в полуизолирующем поликристаллическом кремнии является решающим фактором при обеспечении оптимальных условий процесса. Поскольку эффект релаксации поля и ток утечки зависят от удельного сопротивления, профилей распределения примесей в переходах и рельефа их поверхности, необходимо создавать слои полуизолирующего поликристаллического кремния с оптимальными свойствами для тиристоров различной конструкции.

В связи с применением процесса химического осаждения из газовой фазы при формировании слоев полуизолирующего поликристаллического кремния граница раздела между ним и монокристаллическим кремнием чувствительна к загрязнениям, источником которых являются газы в печи для осаждения. Для реше-