硅的异质外延.ppt

金属有机化合物化学汽相沉淀(MOCVD)方式是采用处于液相状态的金属（Ⅱ、Ⅲ族）有机化合物同汽态的氢化物（V、Ⅵ族）作为沉积源原材料，以热分解反应的方式在衬底沉积、淀积形成外延薄层的一种方法。 按掺杂浓度 正外延：重掺杂衬底上生长轻掺杂外延层 反外延：轻掺杂衬底上生长重掺杂外延层 按外延生长方法： The process of Silicon Epitaxy is essentially a CVD* process used for depositing thin films of single-crystal silicon on single crystal silicon substrate and it is used extensively in the microelectronic and semiconductor industries.The requirements of the industry from this process are highly demanding, i.e., epitaxial silicon films must have an excellent thickness uniformity and excellent quality (minimum defects in the epitaxial layer). 气相外延法生长Si半导体膜所用原料气体、反应式、生长温度及所属反应类型 1. SiCl4浓度对生长速率的影响 Epitaxy: Purpose ? for bipolar transistor –Reduce collector resistance while keep high breakdown voltage. –? Improve device performance for CMOS and DRAM because much lower oxygen,carbon concentration than the wafer crystal. 硅中氧主要来源于熔融硅与石英坩埚的反应。因此直拉硅单晶比区熔硅单晶的氧含量要高得多 表面氧沉淀会造成漏电，甚至使器件失效 硅中碳主要来源于多晶硅。此外，直拉单晶炉中的石墨加热器和真空系统的密封材料的易挥发的碳化物等都能造成硅中的碳玷污。 硅中高的碳含量将大大降低器件中的击穿电压，并使开态电压和关闭时间的乘积增加，这对功率器件尤为严重。 重点 外延的定义 外延按制备方法，材料异同，掺杂浓度和导电类型的分类 硅气相外延方法的方法 硅的异质外延-SOI SOI：Silicon-On-Insulator 绝缘衬底上的硅 器件尺寸缩小带来一系列问题 器件尺寸的缩小 各种多维及非线性效应：表面能级量子化效应、隧穿效应、短沟道效应、窄沟道效应、漏感应势垒降低效应、热载流子效应、亚阈值电导效应、速度饱和效应、速度过冲效应 严重影响了器件性能 器件隔离区所占芯片面积相对增大 寄生电容增加 影响集成度及速度的提高 克服上述效应，采取的措施 槽隔离技术 硅化物 高k介质 需开发新型硅材料及探索新型高性能器件和电路结构，充分发挥硅集成技术的潜力：SOI是最佳选择之一 SOI技术的特点 SOI技术: 绝缘衬底上的硅 SOI技术的特点 速度高： 迁移率高：器件纵向电场小，且反型层较厚，表面散射作用降低 跨导大 寄生电容小：寄生电容主要来自隐埋二氧化硅层电容，远小于体硅MOSFET中的电容，不随器件按比例缩小而改变，SOI的结电容和连线电容都很小 SOI技术的特点 功耗低： 静态功耗：Ps=ILVdd 动态功耗：PA=CfVdd2 集成密度高： SOI电路采用介质隔离，它不需要体硅CMOS电路的场氧化及井等结构，器件最小间隔仅仅取决于光刻和刻蚀技术的限制，集成密度大幅度提高 SOI技术的特点 成本低： SOI技术除原始材料比体硅材料价格高之外，其它成本均少于体硅 CMOS/SOI电路的制造工艺比典型体硅工艺至少少用三块掩膜版，减少13～20％的工序 使相同电路的芯片面积可降低1.8倍，浪费面积减少30％以上 美国SEMATECH的研究人员预测CMOS/SOI电路的性能价格比是相应体硅电路的2.6倍 SOI技术的特点 特别适合于小尺寸器件： 短沟道效应较小 不存在体硅CMOS电路的金属穿通问题，自然形成浅结 泄漏电流较小 SOI技术的特点 特别适合于低压低功耗电路： 在体硅CMOS集成电路中，由于体效应的作用，降低电源电压会使结电容增加和驱动电流减小，导致电路速度迅速下降 对于CMOS/SOI集成电路，这两个效应都很小，CMOS/SOI电路与相应体硅电路相比具有更高的速度和更小的功耗 SOI技术的挑战 SOI技术的挑战 1、S