Przedmiotem wynalazku jest element pólprze¬ wodnikowy zwlaszcza pasywowany wielowarstwo¬ wo oraz sposób wytwarzania elementu póprzewod- nikowego.W wielu przypadkach jako srodek pasywujacy powierzchnie zlacza „p-n" w elementach pólprze¬ wodnikowych wykorzystywana jest warstwa poli¬ krystalicznego krzemu. Jeden ze sposobów formo¬ wania wysokooporowej warstwy polega na wpro¬ wadzeniu tlenu do konwencjonalnej warstwy poli¬ krystalicznego krzemu w momencie jej formowa¬ nia. Powstala w wyniku tego procesu warstwa ma bardzo dobre wlasciwosci dielektryczne bardzo po¬ mocne przy chemicznej pasywacji powierzchni pólprzewodnika. Termin pasywacja chemiczna, ogólnie, odnosi sie do pasywacji eliminujacej lub zabezpieczajacej ladunki powstale chemicznie na styku powierzchni pasywowanej i warstwy pasy- wujacej.Jedna z wad wysokooporowej warstwy polikry¬ stalicznego krzemu uzywanej jako warstwy pa- sywujacej jest to, ze jej wlasciwosci dielektryczne, wynikle z grubosci tej warstwy, zwykle nie sa wystarczajace aby zniwelowac powstale wewnetrzne silne pola elektryczne w wysokonapieciowych zla¬ czach „p-n". Ponadto, zostalo stwierdzone, ze przy tworzeniu warstw polikrystalicznego krzemu o wzra¬ stajacej grubosci, na przyklad w celu kompensacji wewnetrznych pól, w warstwie tej moga pojawiac sie przewodzace elektrycznosc przejscia zmniejsza¬ lo jace dopuszczalne napiecie pracy pasywowanego zlacza „p-n".Z tego powodu pojedyncza warstwa wysokoopo- rowego polikrystalicznego krzemu nie zawsze wy¬ starcza jako warstwa pasywujaca zlacze „p-n".'Celem wynalazku Jest opracowanie konstrukcji elementu pólprzewodnikowego, który nie ma wad elementów znanych ze stanu techniki.Dalszym celem wynalazku jest opracowanie spo¬ sobu wytwarzania elementu pólprzewodnikowego.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze element pólprzewodnikowy zawiera pierwsza war¬ stwe z wysokooporowego polikrystalicznego krze¬ mu usytuowana na powierzchni plytki pólprzewod- 15 nikowej, druga warstwe ze specjalnego materialu pasywujacego oraz trzecia warstwe z materialu pasywujacego usytuowana nad pierwsza warstwa.Cel wynalazku zostal osiagniety równiez przez to, ze na powierzchnie plytki materialu pólprze- 20 wodnikpwego nanosi sie pierwsza warstwe z wy¬ sokooporowego polikrystalicznego krzemu, nastep¬ nie nanosi sie druga warstwe i trzecia warstwe z materialu pasywujacego, przy czym druga war¬ stwe lub trzecia warstwe wykonuje sie ze spec¬ jalnego materialu pasywujacego.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia element pólprzewodnikowy majacy powierzchnie zlacza „p-n" pasywowana przy wy¬ korzystaniu sposobu wedlug wynalazku, w prze- 25 117 8413 117 841 4 kroju, fig, 2 — inne rozwiazanie elementu pólprze¬ wodnikowego posiadajacego powierzchnie zlacza „p-n" pasywowana przy wykorzystaniu sposobu wedlug wynalazku w przekroju.Poniewaz sposób wedlug wynalazku moze miec 5 zastosowanie przy wytwarzaniu dowolnych elemen¬ tów pólprzewodnikowych, na przyklad o struktu¬ rze mosa lub planarnej, dlatego w przykladzie tym wykorzystano uproszczony element pólprze¬ wodnikowy10. 10 Przedstawiony na fig. 1 element pólprzewodni¬ kowy 10 zawiera plytke 12 wykonana z materialu pólprzewodnikowego, majaca dwa obszary 14 i 16.Pierwszy obszar 14, jest typu ,p", a drugi obszar 16 typu „n" i tworza one w miejscu swego styku 15 zlacze „p-n" 18. Zlacze „p-n" 18 rozciaga sie az do powierzchni 20 konca plytki 12. W celu pasy¬ wacji miejsca przeciecia zlacza „p-n" 18, na pó- , wierzchnie 20 naklada sie pierwsza warstwe 22 "* wysokoopoFOwegó polikrystalicznego krzemu. Ter- 2Q min „wysokooporowy" oznacza, ze opornosc ma¬ terialu wynosi co najmniej 1000 Q/cm.Jeden ze sposobów tworzenia pierwszej warstwy 22 polega na domieszkowaniu polikrystalicznego krzemu atomami tlenu podczas tworzenia pierwszej 25 warstwy 22. Przykladowo, mieszajac gazowy tlenek ^ azotu (N*0) i krzemometan (SiH4) w zamknietej komorze reakcyjnej przy temperaturze 'okolo 450°C do 700°C przez okolo 15 minut, uzyskuje sie pierw¬ sza warstwe 22 polikrystalicznego krzemu o gru- w bosci 3000 A do 10000 A i wykrywalnej zawar¬ tosci tlenu. Zawartosc tlenu w pierwszej warstwie zalezy przede wszystkim od stosunku tlenku azotu N20 do krzemometanu —. Stosunek ten zwykle 35 SiA oznaczony jest grecka litera y. Mozliwe jest rów¬ niez wykorzystanie innych domieszek niz tlen, ta¬ kich jak azot, lub podobnych, dajacych w efekcie równiez wysokooporowa warstwe polikrystaliczne- 40 go krzemu. Inne domieszki moga calkowicie lub czesciowo zastapic domieszkowanie tlenem. Stoso¬ wanie wartosci y 0,20—0,30 przy tworzeniu pierw¬ szej warstwy 22 daje w rezultacie po obróbce w temperaturze okolo 650°C opornosc od okolo 5 • 107 45 Q/cm do okolo 5 • 108 Q/cm.Po zakonczeniu narastania pierwszej warstwy 22, korzystnym jest jej wyzarzenie, to znaczy wygrze¬ wanie w temperaturze okolo 900°C przez okolo 30 minut. Wyzarzanie zwieksza sily wiazace krzem w i tlen w warstwie polikrystalicznego krzemu.Na pierwsza warstwe 22 naklada sie nastepnie . druga warstwe 24 zawierajaca specjalna substancje pasywujaca. Na fig. 1 druga warstwa 24 przedsta¬ wiona jest jako zakropkowana, dla podkreslenia 5S jej szczególnych wlasciwosci. Korzystnym jest, aby substancja pasywujaca w drugiej warstwie 24 by¬ la materialem zblizonym do sproszkowanego szkla zawieszonego w srodku wiazacym takim *jak al¬ kohol lub chlorowany rozpuszczalnik organiczny m w celu uzyskania zawiesiny. Pomimo, ze mozliwe jest w zasadzie uzycie dowolnej substancji pasy- wujacej w celu utworzenia; drugiej warstwy 24, to korzystnym jest, jezeli stanowi ona mieszanine okolo 50% tlenku olowiu lub cynku, okolo 40% « dwutlenku krzemu i okolo 10% tlenku glinu. Na¬ stepnie zawiesine nanosi sie na pierwsza warstwe 22 za pomoca elektrody miejscowej lub na wi¬ rówce. Korzystnym jest aby druga warstwa 24 materialu pasywujacego miala grubosc od kilku do 25 mikronów, na przyklad okolo 4 mikronów.Nastepnie element pólprzewodnikowy 10 pod¬ grzewa sie do temperatury, w której nastepuje stopienie sie drugiej warstwy 24. Jezeli druga warstwa 24 zawiera substancje pasywujaca z tlen¬ kiem olowiu, tak jak opisano powyzej, to element pólprzewodnikowy 10 nalezy utrzymywac w tem¬ peraturze pomiedzy 700°C a 1000°C przez okres 10—15 minut. Przy ochladzaniu nastepuje dyfuzyj¬ ne polaczenie sie drugiej warstwy 24 materialu pasywujacego z krzemem pierwszej warstwy 22 materialu pasywujacego. Opisany material pasy- wujacy ma bardzo dobre wlasciwosci elektryczne w pracy przy temperaturze elementu ponizej 125°C.Jezeli pierwsza warstwa 22 nie zostala wyza¬ rzona przed utworzeniem drugiej warstwy 24, to moze byc wyzarzona po zakonczeniu tej operacji przez ogrzanie elementu pólprzewodnikowego do temperatury okolo 925°C i utrzymywanie go w tej temperaturze przez okolo 10 minut. Zaleznie od temperatury topnienia materialu pasywujacego drugiej warstwy 24, wyzarzanie pierwszej warstwy 22 moze nastepowac jednoczesnie z topieniem dru¬ giej warstwy 24. Po utworzeniu drugiej warstwy 24 powinna ona równiez zostac wyzarzona. Mozna tego dokonac przez wygrzewanie elementu pól¬ przewodnikowego 10 w temperaturze okolo 450°C— 650°C przez okolo 30 minut. Wyzarzanie to powo¬ duje usuniecie wiekszosci naprezen mechanicz¬ nych powstalych w drugiej warstwie 24 i na jej styku z pierwsza warstwa 22.Pomimo, ze substancja pasywujaca uzyta na druga warstwe 24 zachowuje swe parametry jedy¬ nie do okolo 125°C, to stwierdzono, ze stosujac sposób wedlug wynalazku uzyskuje sie elementy pólprzewodnikowe o wyzszej stabilnosci tempera¬ turowej. Na przyklad w elemencie pólprzewodniko¬ wym, którego pierwsza warstwa 22 utworzona zo¬ stala przy y okolo 0,20 i miala grubosc okolo 5000 A a nalozona na nia druga warstwa 24 mia¬ la grubosc 4 mikronów, to zlacze „p-n" 18 majace napiecie przebicia okolo 1000 V pracowalo bez istotnych zmian do temperatury co najmniej 200°C.Stwierdzono, ze pasywacja uzyskana dzieki za¬ stosowaniu drugiej warstwy 24 ze szkla olowiowo- -glinowo-krzemowego jest wystarczajaca do wiek¬ szosci zastosowan. Jezeli jednak zostanie zastoso¬ wana inna substancja pasywujaca, przykladowo krzemian olowiowo-boro-glinowy, to moze okazac sie konieczne zwiekszenie grubosci pierwszej war¬ stwy 22 lub tez dodanie dodatkowej trzeciej war¬ stwy 28 materialu pasywujacego tak, jak to opisano ponizej. Trzecia warstwa 26 stanowi dodatkowa ba¬ riere dielektryczna i moze byc uzywana w celu kom¬ pensacji zmian grubosci drugiej warstwy 24. Po¬ nadto moze ona byc uzywana w polaczeniu z róznymi typami srodków pasywujacych, których dzialanie oslonowe jest zbyt slabe lub niepewne przy osiagalnych praktycznie grubosciach.117 841 W przypadku zastosowania trzeciej warstwy 26 nalezy zakonczyc tworzenie drugiej warstwy 24 w opisany wyzej sposób, a dopiero nastepnie naniesc na nia trzecia warstwe 26.Trzecia warstwa 26 moze byc utworzona z dwu¬ tlenku krzemu, azotanu krzemu lub podobnych .zwiazków, jednak z powodów, które zostana wy¬ jasnione pózniej, korzystne jest wykorzystanie dwutlenku krzemu. Trzecia warstwa 26 dwutlen¬ ku krzemu moze byc utworzona konwencjonalny¬ mi sposobami, takimi jak reagowanie tlenu z krze- mometanem w temperaturze okolo 500°C. Korzy¬ stnym jest, aby trzecia warstwa 26 miala grubosc od 3000 A do 10000 A. Trzecia warstwe 26 o gru¬ bosci 5000 A uzyskuje sie w podanej powyzej re¬ akcji trwajacej okolo 10 minut.Po utworzeniu trzeciej warstwy 26 powinna ona byc wyzarzona przez wygrzewanie elementu pól¬ przewodnikowego w temperaturze 900°C—950°C przez okolo 30 minut.W wyniku stosowania opisanego powyzej spo¬ sobu uzyskuje sie strukture pasywowana wielo¬ warstwowo niezawodna w elementach pracujacych w temperaturach 200°C. Ponadto uzyskiwana struk¬ tura wielowarstwowa moze miec wysokie napiecie przebicia zlacza „p-n" bez ryzyka powstawania zewnetrznych luków lub przebicia dielektryka. * Fig. 2 przedstawia element pólprzewodnikowy 30 o strukturze pasywowanej wielowarstwowo, po¬ dobny do opisanego powyzej, lecz wytwarzany w bardziej efektywny sposób. Element pólprzewod¬ nikowy 30 przedstawiony w ponizszym przykladzie wykonania zawiera plytke 32 wykonana z mate¬ rialu pólprzewodnikowego. Plytka 32 ma pierwszy obszar 34 o przewodnictwie typu „p" i stykajacy sie z nim drugi obszar 36 o przewodnictwie typu „h", co w efekcie daje zlacze „p-n" 38 powstale na ich styku. Zlacze „p-n" 38 rozciaga sie az do powierzchni 40 konca plytki 32.Na powierzchnie 40 w sposób opisany powyzej naklada sie pierwsza warstwe 42 wysokooporowe¬ go polikrystalicznego krzemu. Korzystnym jest, ^aby jej grubosc wynosila okolo 5000 A.W tym przypadku po uzyskaniu odpowiedniej grubosci polikrystalicznego krzemu stosunek y ga¬ zu podnosi sie do co najmniej 10. Przy takim stosunku ilosc tlenku azotu znajdujacego sie w mieszaninie zapewnia, ze daje sie osadzac druga warstwa 44 utworzona z czystego dwutlenku krze¬ mu. Grubosc drugiej warstwy 44 dwutlenku krze¬ mu powinna osiagac okolo 5000 A co uzyskuje sie po okolo 30 minutach trwania reakcji.Po utworzeniu drugiej warstwy 44, pierwsza warstwa 42 i druga warstwa 44 moga byc jedno¬ czesnie wyzarzone przez wygrzewanie elementu pólprzewodnikowego 30 w temperaturze 900°C— 950°C przez okolo 30 minut.Po uformowaniu drugiej warstwy 44 dwutlenku krzemu naklada sie na nia trzecia warstwe 46 pasywujaca w sposób opisany powyzej. Na fig. 2 trzecia warstwa 46 pokazana jest jako zakropko¬ wana aby bardziej podkreslic jej specyficzna na¬ ture.Przedstawiony drugi przyklad wykonania spo¬ sobu wedlug wynalazku daje w efekcie koncowym strukture pasywowana wielowarstwowa, majaca ta¬ kie same cechy niezawodnosci jak przy stosowaniu sposobu opisanego poprzednio. Ponadto drugi przy- 5 klad wykonania sposobu jest bardziej efektywny, zarówno jezeli chodzi o ilosc kolejnych operacji jak i o czas potrzebny na ich wykonanie, ponie¬ waz warstwa dwutlenku krzemu powstaje w tej samej komorze i natychmiast po utworzeniu war- 10 stwy wysokooporowego polikrystalicznego krzemu.W pierwszym przypadku konieczne bylo ochlodze¬ nie i wyjecie elementu pólprzewodnikowego w celu utworzenia drugiej warstwy 24 a nastepnie ponowne jego nagrzanie w celu nalozenia trzeciej 15 warstwy 26 dwutlenku krzemu.Dalsza korzyscia z tworzenia drugiej warstwy 44 dwutlenku krzemu przed utworzeniem trzeciej warstwy 46 jest mozliwosc wykorzystania drugiej warstwy 44 dwutlenku krzemu jako warstwy ma¬ to skiijacej i zabezpieczajacej jednolitosc pierwszej warstwy 42 wysokooporowego polikrystalicznego krzemu.Po zakonczeniu tworzenia pasywowanej struk¬ tury wielowarstwowo, element pólprzewodnikowy 28 10 lub 30 moze byc poddany obróbce finalnej w dowolny znany sposób.Zastrzezenia patentowe 30 1. Element pólprzewodnikowy majacy plytke z materialu pólprzewodnikowego z co najmniej dwo¬ ma obszarami o przeciwnym typie przewodnictwa i powstalym w miejscu ich styku zlaczem „p-n" rozciagajacym sie az do powierzchni plytki, zna- 35 mienny tym, ze zawiera pierwsza warstwe (22, 42) z wysokooporowego polikrystalicznego krzemu usytuowana na powierzchni (20, 40) plytki pól¬ przewodnikowej (12, 32) oraz druga warstwe (24, 44) ze specjalnego pasywujacego materialu usytu- 40 pwana na pierwszej warstwie (22, 42) oraz trzecia warstwe (26, 46) z materialu pasywujacego usytu¬ owana nad pierwsza warstwa (22, 42). 2. Element wedlug zastrz. L, znamienny tym, ze trzecia warstwa (26) znajduje sie ha drugiej war- 45 stwie (24) i jest wykonana z dwutlenku krzemu. 3. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze warstwa (44) z dwutlenku krzemu jest usytuowa¬ na miedzy warstwa (42) i warstwa (46). 4. Sposób wytwarzania elementu pólprzewodni- 50 kowego, znamienny tym, ze na powierzchnie (20, 40) plytki (12) materialu pólprzewodnikowego na¬ nosi sie; pierwsza warstwe (22, 42) z wysokooporo¬ wego polikrystalicznego krzemu, nastepnie nanosi sie druga warstwe (24, 44) i trzecia warstwe (26, 46) z materialu pasywujacego, przy czym druga warstwe (24) lub trzecia warstwe (46) wykonuje sie ze specjalnego materialu pasywujacego. 5. Sposób wedlug zastrz. 4; znamienny tym, ze na pierwsza warstwe (22) najpierw naklada sie druga warstwe (24) specjalnego materialu pasywu¬ jacego a nastepnie trzecia warstwe (26) z materia¬ lu pasywujacego. 6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze 65 druga warstwe (24) tworzy sie przez nalozenie na 55117 841 pierwsza warstwe (22) zawiesiny zawierajacej roz¬ drobniona substancje pasywujaca i substancje wia¬ zaca. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze druga warstwe (24) nagrzewa sie do temperatury, w której stapia sie ona i laczy sie z pierwsza warstwa (22). 8. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze pierwsza warstwe (22) wyzarza sie przed naloze¬ niem kolejnych warstw. 8 10 9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze^ pierwsza warstwe (22) wyzarza sie w temperatu¬ rze 900°C przez okres 30 minut. 10. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze^ po stopieniu warstw (24 i 22) wyzarza sie druga* warstwe (24). 11. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze najpierw naklada sie druga warstwe (44) z dwu¬ tlenkiem krzemu a nastepnie naklada sie trzecia: warstwe (46) specjalnego materialu pasywujacego*.Fig. I Fig. 2 PZGraf. Koszalin A-636 93 A-4 Cena 100 zl PL PL PL PL PL PL PL