晶体生长和外延.ppt

磨光、标识后的晶锭切割。切割决定四个晶片参数：表面方向、厚度、倾斜度和弯曲度。切割后，用氧化铝和甘油的混合液研磨，一般研磨到2μm的平坦度。第30页,共47页，星期六，2024年，5月晶体特性－晶体缺陷点缺陷－替代、填隙、空位和弗兰克尔缺陷。第31页,共47页，星期六，2024年，5月线缺陷，亦称位错－刃形和螺旋。第32页,共47页，星期六，2024年，5月面缺陷－孪晶和晶粒间界。反映孪晶旋转孪晶小角度晶界第33页,共47页，星期六，2024年，5月体缺陷－杂质或掺杂原子的析出现象。这些缺陷的产生是由在主晶格中的固溶度引起的。第34页,共47页，星期六，2024年，5月材料特性第35页,共47页，星期六，2024年，5月另外，因固溶度造成析出的氧，可利用来吸杂。吸杂－指从晶片上制造器件的区域除去有害杂质或缺陷的过程。当晶片受高温处理，氧会从表面挥发，造成表面附近有较低的氧含量，形成了无缺陷区，用于制造器件。第36页,共47页，星期六，2024年，5月晶体外延外延是在单晶上生长一层同质或异质的薄膜层。衬底晶片可以作为晶体籽晶，与先前描述的单晶生长不同在于外延生长温度低于熔点许多（30~50%），常见的外延工艺有：CVD和MBE。化学气相沉积（CVD）也称为气相外延（Vapor－phaseepitaxy，VPE）是通过气体化合物间的化学作用而形成外延层的工艺，CVD工艺包括常压（APCVD）和低压（LPCVD）。第37页,共47页，星期六，2024年，5月第38页,共47页，星期六，2024年，5月硅的CVD同时伴随额外的竞争反应在外延生长时，掺杂剂和四氯化硅是同时加入的，气态的乙硼（B2H6）被用作p型掺杂剂，而磷烷（PH3）被用作n型掺杂剂。气态掺杂剂通常用H2来稀释，以便合理控制流量而得到所需的掺杂浓度。第39页,共47页，星期六，2024年，5月第40页,共47页，星期六，2024年，5月砷化镓的CVDAs4是有砷烷分解而来氯化镓是由下来反应而来第41页,共47页，星期六，2024年，5月反应物和载气（如H2）一起被引入反应器中，而砷化镓的晶片一般维持在650℃到850℃的范围。必须有足够的砷的过蒸汽压，以防止衬底和生长层的热分解。第42页,共47页，星期六，2024年，5月金属有机物气相沉积（MOCVD），是一种以热分解反应为基础的气相外延法，不像传统的CVD，MOCVD是以其先驱物的化学本质来区分。次方法对不形成稳定的氢化物或卤化物但在合理的气压下会形成稳定金属有机物的元素提供了一个可行之道。MOCVD已经广泛应用在生长III-V族和II-VI族化合物异质外延上。第43页,共47页，星期六，2024年，5月分子束外延（MBE）是在超高真空（10-8Pa）一个或多个热原子或热分子束和晶体表面反应的外延工艺。MBE能够非常精确地控制化学组成和参杂浓度。厚度只有原子层量级的单晶多层结果可用MBE制作。因此，MBE法可用来精确制作半导体异质结构，其薄膜层可从几分之一微米到单层原子。对砷化镓而言，厚度一般在1微米。第44页,共47页，星期六，2024年，5月外延层的构造和缺陷－晶格匹配及形变层外延第45页,共47页，星期六，2024年，5月外延层缺陷半导体外延层的缺陷会降低器件的性能。例如，缺陷会降低迁移率和增加漏电流。外延层的缺陷可以归纳为5种：（1）从衬底来的缺陷。这些缺陷从衬底传到外延层，要在无位错缺陷的半导体衬底。（2）从界面来的缺陷。在衬底和外延层的界面的氧化层沉淀或任何形式的污染物都可能形成方向失配的聚集或包含堆垛层错的结核。为了避免此类缺陷，衬底的表面需彻底的清洁。（3）沉淀或位错环。其形成是因为过饱和的掺杂剂或其他杂质造成的。含有极高有意、无意的掺杂剂浓度或其他杂质的外延层极易有此缺陷。（4）小角晶界和孪晶。在生长时，任何不当方位的外延薄膜的区域都可能会相遇结合而形成这些缺陷。（5）刃位错。是在两个晶格常数布匹配半导体的异质外延中形成的。如果两者的晶格均很硬，它们将保持原有的晶格间距，界面将会含有错配或刃位错的错误键结的原子行。刃位错亦可在形变层厚度大于临界厚度时形成。第46页,共47页，星期六，2024年，5月Thanksforlistening第47页,共47页，星期六，2024年，5月现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学晶体生长和外延*现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学晶体生长和外延*晶体生长和外延晶体生长与外延对分立器件而言，最重要的半导体是硅和砷化镓。本小节主要讨论这两种半导体单晶最常用的技术。一种是单晶生长，获得高质量的衬底材料；另外一种