第8章IC工艺晶体外延生长技术.pptVIP

第四单元：薄膜技术 第8章： 晶体外延生长技术第9章：薄膜物理淀积技术第10章：薄膜化学汽相淀积 第8章： 晶体外延生长技术 为什么需要外延？ 1）双极分离器件（如：大功率器件的串联电阻问题） 2）双极IC（隔离与埋层问题） 3）化合物半导体器件及超晶格的异质结问题 4）MOS集成电路 Chapter 14 8.1外延层的生长 8.1.1生长的一般原理和过程 SiCl4的氢化还原——成核——长大 一般认为反应过程是多形式的两步过程 如: (1) 气相中 SiCl4+H2=SiCl2+2HCl 生长层表面 2SiCl2=Si+SiCl4 (2) 气相中 SiCl4+H2=SiHCl3+HCl 生长层表面 SHiCl3+H2=Si+3HCl 8.1.2生长动力学(14.2, 14.3) 与热氧化过程不同的是，外延时只有气相质量转移过程和表面吸附（反应）过程。 因而，气相外延是由下述步骤组成的多相过程 1）反应剂分子以扩散方式从气相转移到生长层 表面 2）反应剂分子在生长层表面吸附； 3）被吸附的反应剂分子在生长层的表面完成化 学反应，产生硅原子及其它副产物； 4）副产物分子丛表面解吸； 5）解吸的副产物以扩散的形式转移到气相，随 主气流排出反应腔； 6）反应所生成的硅原子定位于晶格点阵，形成 单晶外延层； 因而在反应剂浓度较小时有： 1）生长速率和反应剂浓度的关系——正比 （a）！（b）、（c）？ 2）生长速率与外延温度的关系 对于SiCl4，Ea~1.9eV SiH4，Ea~ 1.6eV DG0：0.1~1cm2s-1 a：1.75~2 在较高温度下：kShG 质量转移控制 在较低温度下：kShG 表面反应控制 3）生长速率与衬底取向的关系 v(110)v(100)v(111) ? 4)气相质量转移 进一步分析可得： 由这一公式可得出什么？ 层错(失配晶核)产生的原因：晶面的缺陷(机械损伤、位错、微缺陷、氧化斑点、杂质沉陷区)和表面污染（灰尘、杂质等），气体和反应剂的纯度不够，温度过低或起伏过大，生长速率过快等。 HCl汽相抛光 8.2（汽相）外延生长工艺 8.2.1 外延层中的掺杂 在外延反应剂中加入掺杂剂 （如：PH3、PCl3、PCl5、AsCl3、AsH3、SbCl3、SbH3和BBr3、BCl3、B2H6等） 1）掺杂浓度受汽相中的掺杂剂分气压控制 2）生长速率和温度的影响 为什么温度升高会使浓度降低？ Silicon Vapor Phase Epitaxy Reactors 8.2.2 外延过程中的杂质再分布和自掺杂 1）衬底杂质的再分布N1 （见page 228） 在外延区： 时（一般都成立） 2）掺入杂质的再分布 总分布为：N=N1+N2 3）自掺杂（autodoping）效应 衬底中的杂质不断地蒸发出来，进入总气流并掺入外延层。 4）减小自掺杂效应措施 衬底杂质的选择：（扩散系数小、蒸发速率低，如Sb） 两步外延、低温（变温）技术（如选择适当的化学体系、光照、等离子体等）、 低压技术、掩蔽技术等 8.2.3 清洁技术 8.2.4 外延层性能检测 电阻率、杂质分布、厚度、缺陷 8.2.4 外延过程中的图形漂移 (Page 367) 对策：晶向偏2~5°,含Cl, (100) 8.3 GaAs外延生长工艺 1）汽相外延 (369~371) 难点：As压与生长速率的控制（缺陷） 2