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載流子壽命對雙極型器件來說是一個(gè)十分重要的參數(shù),它對器件的主要參數(shù)都有一定程度的影響。對功率二極管、晶閘管、IGBT等高壓器件而言,為了得到較低的通態(tài)損耗,維持較長的載流子壽命是很有必要的;另一方面,為了將反向恢復(fù)電荷最小化以加快器件的關(guān)斷,使器件工作在較高的頻率,又要求縮短載流子的壽命。

  載流子壽命控制根據(jù)應(yīng)用可以分兩類:一是長載流子壽命控制技術(shù)；二是短載流子壽命控制技術(shù)。

  長載流子壽命控制技術(shù)

  在剛生長的硅單晶中,載流子壽命可以長達(dá)1ms然而在高溫處理過程中會(huì)在硅晶片內(nèi)產(chǎn)生大量晶格缺陷,而且研磨和拋光時(shí)殘留在表面的雜質(zhì)、從石英管和石英舟引入的雜質(zhì)、進(jìn)行刻蝕和清冼處理時(shí)從一些化學(xué)物質(zhì)中吸收的污染物等等會(huì)從硅表面進(jìn)入體內(nèi),引入像鐵、銅、金等一些不希望存在的雜質(zhì),從而造成硅晶片的沾污。上述這兩種情況均會(huì)引入復(fù)合中心,導(dǎo)致載流子壽命的縮短。

  為了減少這些沾污,在清洗硅片時(shí)需要使用高純度(電學(xué)級)的化學(xué)材料；擴(kuò)散源、氣體、擴(kuò)散管、擴(kuò)散舟等均要有很高的純度;要對工藝操作環(huán)境進(jìn)行很好地控制。在最后的高溫處理結(jié)束后緩慢地對晶片進(jìn)行降溫(每分鐘降溫不超過1℃),可以把晶格缺陷濃度降到最小,進(jìn)行磷擴(kuò)散時(shí),硅片表面會(huì)覆蓋有一層磷硅玻璃(PSG),采用上述降溫方法可以顯著降低缺陷密度。那些能夠產(chǎn)生深陷阱能級的金屬雜質(zhì)通常會(huì)在硅內(nèi)以間隙-替位方式迅速地?cái)U(kuò)散,首先遷移通過間隙位置,接著通過“KICK-OUT”機(jī)制填充晶格空位或取代硅原子而變?yōu)樘嫖恍碗s質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)向覆蓋有PSG層的表面擴(kuò)散,并在表面處以及磷硅玻璃或其下面的n+層形成化合物。當(dāng)進(jìn)行了硼擴(kuò)散而形成覆蓋有硼硅玻璃的p+層時(shí)也會(huì)有類似的情況出現(xiàn),通常稱之為“雜質(zhì)汲取”。這是用以降低器件關(guān)鍵區(qū)域的缺陷和雜質(zhì)濃度的一項(xiàng)十分有用的技術(shù),另一種汲取方法是利用研磨的方法在晶片的某一表面上形成機(jī)槭損傷,陷阱雜質(zhì)會(huì)迅擴(kuò)散并占據(jù)在損傷層下面形成的空位。

  單獨(dú)或者綜合應(yīng)用上述技術(shù),可以制得即使是經(jīng)過高溫工藝處理以后載流子壽命仍超過100µs的器件,這對高壓晶閘管和二極曾的制造是特別重要的。

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