课件第6章 ga在sio2si结构下的开管掺杂.pptVIP

6.4 Ga基区晶体管6.4.1 Ga基区晶体管的制备及其电学性能 1．Ga基区晶体管的制备 Ga基区晶体管的制作流程为：硅片清洗→一次氧化→开管扩镓形成基区（低浓度掺杂→结深推移→高浓度掺杂）→一次光刻磷发射区→磷扩散→后同常规，制备出NPN高反压晶体管。 2．Ga基区晶体管的综合电学性能 电学参数具有良好的一致性和重复性，针对高反压晶体管存在的问题，解决并提高了产品合格率、提高了反压水平、改善了电流特性，达到优质、高产、低耗之目的，为我国的高压器件开辟了一条新的制备途径。 * Ga基区晶体管最突出的优势在于，在保证其他参数优良的前提下，显著提高了器件的耐压水平。其主要机理为： （1） Ga的线性缓变结 利用开管扩镓技术其掺杂浓度随意可调、任意组合的优势，在制备基区时，首先进行低浓度掺杂和结深推移相结合，在PN结前沿形成缓变式杂质分布，如图所示。 Ga基区缓变式杂质分布 * （2） SiO2对重金属的屏蔽 Ga扩散晶体管具有高电压的原因还应归于SiO2薄层的覆盖。因SiO2薄膜可以较好地屏蔽重金属杂质（Au、Fe、Cu等）的扩散，因为它们在SiO2中表现为慢扩散特性（例如在1200℃下，重金属在SiO2中的扩散系数约为10-14cm2/s，而同温度下在硅中的扩散系数约为10-6cm2/s），最大程度地减少了由重金属原子造成的复合中心密度，使反向电流，特别是高温下的反向电流减小，亦有助于耐压的提高和产品合格率、优品率的提高。 * 6.4.2 Ga基区晶体管的负阻效应 所谓负阻效应，是指晶体管在BUCEO发生击穿后，电压随电流升高而下降，待下降至某一值后再一次真正击穿，该现象称为负阻效应。 两种晶体管的IC-UCE负阻特性比较 * 两种晶体管小电流下放大系数比较 * 为什么扩镓晶体管的负阻特性尤为明显呢？ Ga杂质在近硅表面继预沉积和再分布屡次丢失的基础上又一次丢失，从而导致了近硅表面Ga的耗尽特性，如图所示。 磷扩散后的Ga基区近硅表面的浓度分布 * 由于Ga在近硅表面微区域的耗尽特性，其一会导致发射结侧空间电荷区宽度增加，引起发射结势垒复合电流增大，从而使发射效率在小电流情况下的下降；其二由于Ga基区的表面浓度较低，在同样的制管环境下，镓与硼相比，抗外界沾污的能力相对减弱，导致基区表面的复合速度和有效复合面积增大，从而会使基区小电流情况下的输运系数下降。 总之，由于Ga的扩散系数DSiO2DSi，Ga基区表面杂质经磷扩散再分布（二次氧化）的分凝过程，变为耗尽状态，导致小电流下放大系数的劣化，出现了明显的负阻效应，这是不希望的，对此应采取相应的工艺措施给以弥补，从而让开管扩镓技术在高反压器件中最大限度地发挥其优势。 * 6.4.3 Ga基区晶体管的完善与展望 要减小扩镓晶体管的负阻特性，以增大小电流情况下的电流放大系数，归根结底要保持住基区表面的P型杂质浓度使其在磷扩散的再分布即二次氧化过程中，不要过渡丢失。具体工艺方法有两种： 1．补充扩硼形成高浓度的基区表面 2．Si3N4薄膜的覆盖 在利用开管扩镓技术提高器件反压水平、改善电流特性、全面提升电学性能的同时，要在基区表面进行补充扩硼，或者用氮化硅薄膜覆盖，可大大改善晶体管小电流情况下的放大性能，以达到大幅度减小负阻特性之目的。 * 6.5 开管扩镓技术在电力电子器件中的应用 由前面的学习，我们已经懂得了晶闸管是一种四层结构（P1N1P2N2）的大功率半导体器件，其横截面示意图如图。 晶闸管横截面结构示意图 * 6.5.1 Ga阶梯式深结分布在普通晶闸管中的应用 1．芯片的制备与主要电参数 以普通晶闸管（通称KP系列）容量200A为实例 : 选择电阻率100～120Ω?cm的NTD单晶为衬底，抛光硅片首先经冷水自然滴法氧化方法生长一层1000nm的SiO2薄膜，然后利用已设置好的开管扩镓系统进行第一阶段Ga的低浓度掺杂。 在同一扩散炉内，用H2置换N2进行第二次浓度补偿掺杂，其扩散条件同上。然后，在N2的保护下进行再分布，时间为15h。至此，完成了开管扩镓的整个过程。 * 用SDY-4型数字式四探针测试仪测量陪片的方块电阻，其陪片按石英舟前、中、后区随机取样，每只圆片的测点a为圆心，b、c、d、e为四周均布，具体测试结果详见表。 测试点 序号 a b c d e 1（前） 70.2 70 70.2 70.5 70 2（中） 69.8 70 70 69.8 69.8 3（后） 70.8 70.5 70.5 70.8 70.8 硅表面R□测试值 * 在完成Ga的扩散之后，进行一次光刻，刻出磷窗口并进行磷扩散，后按常规工艺制造出普通晶闸管KP