Электрические свойства границы раздела

При сращивании свободных от окисла кремниевых пластин особый интерес представляют электрофизические свойства границы раздела, так как они могут оказать существенное влияние на электрические параметры разрабатываемых многослойных сильноточных приборов. Наличие структурных дефектов, возможных загрязнений или тонкого слоя окисла на интерфейсе способствуют возникновению потенциального барьера, ограничивающего, в той или иной степени, перенос носителей тока через интерфейс.

Исследование переноса заряда через интерфейс в p/p и n/n – структурах при гидрофильном сращивании при комнатной температуре обнаружило неомическое поведение образцов при измерении вольтамперных характеристик, что свидетельствовало о наличии на интерфейсе потенциального барьера. Однако при отжиге образцов при температурах выше 900^oC барьер исчезал. Это может быть объяснено дезинтеграцией тонкого естественного окисла в области интерфейса за счет диффузии кислорода в кремнии. При гидрофобном сращивании p/p и n/n структуры, они демонстрировали омические вольтамперные характеристики сразу при возникновении однородного интерфейса.

Особый интерес представляет возможность формировать методом прямого сращивания p-n-переходы. Однако в этом случае требования к соблюдению полупроводниковой чистоты на всех операциях процесса сращивания являются особенно жесткими, так как присутствие рекомбинационных центров на границе сращивания, неизбежно приведет к резкому снижению времени жизни носителей заряда, что может играть критическую роль, если интерфейс располагается в активной области прибора. Эти требования в первую очередь следует учитывать при формировании методом ТПС мощных полупроводниковых приборов с p-n-переходами.

Применение твердофазного прямого сращивания

После всего сказанного, очевидно, что метод твердофазного прямого сращивания открыл принципиально новые возможности конструирования и изготовления полупроводниковых структур на кремнии, далеко выходящие за рамки технологии изготовления приборов с диэлектрической изоляцией элементов.

Н аиболее широко ТПС используется для изготовления кремниевых приборов на изолирующей подложке (SOI технология). В этом случае реализуются самые разнообразные варианты формирования интерфейсов: от соединения окисленной и неокисленной кремниевой пластин с дальнейшим формированием на последней прибора с нужной топологией до использования в качестве второй подложки кремниевой пластины, на поверхности которой уже сформированы необходимые полупроводниковые слои или переходы, например, транзисторные меза-структуры с р-п переходами перпендикулярными или

параллельными интерфейсу (рис.10). При этом во всех случаях электрофизические параметры сформированных приборов соответствуют ростовому монокристаллическому кремнию.

В настоящее время на основе технологии прямого сращивания кремния в ряде стран уже освоен промышленный выпуск структур SOI для изготовления сверхбольших интегральных схем и МОП-приборов.

Применение технологии прямого сращивания для создания р-п переходов в биполярных силовых приборах основано на сращивании неокисленных пластин кремния с разным типом проводимости. В этом случае процесс сращивания может быть успешно использован вместо глубокой диффузии или эпитаксиального наращивания толстых слоев.

Рис.11.

Изготовление тиристора с захороненными р+ областями

(a) the diffusion of wafer 1;

(b) the diffusion of the gate body;

(c) the direct bonding of the two wafers;

(d) the final structure of SITH.

На рис.11 приведен технологический цикл изготовления методом прямого сращивания тиристора с захороненными р+ областями. В традиционной технологии р+ области формируют с помощью эпитаксиального слоя. Как следует из данных таблицы 1, электрофизические параметры тиристоров, полученных с применением технологии твердофазного прямого сращивания предварительно сформированных на различных кремниевых пластинах n-слоев и р+ областей, не уступают аналогичным параметрам традиционных тиристоров. Замена слоя эпитаксиального кремния на монокристаллический кремний позволило значительно повысить пробивное напряжение на затворе.

Таблица 1.

Электрофизические параметры
Прямое блокирующее напряжение, В	10001200
Напряжение пробоя на управляющем электроде, В	25-45
Падение напряжения во включенном состоянии при токе = 5 А, В	<0.5
Максимальная амплитуда тока, А	30
Время включения, мкс	0.20.5
Время выключения, мкс	1.23

В ФТИ РАН был разработан метод использования твердофазного прямого сращивания кремния для формирования структур солнечных элементов с вертикальными p-n переходами. На рис.12 изображена структура кремниевых