《硅外延生長》ppt課件-全文預覽
【正文】 25 注意：外延層的實際界面 外延層中雜質分布是兩者的總和 ? ? ????????? Dt2 xe xpN21xN S U b1 襯底擴散造成的雜質分布 ? ? ???????? ??Dt2xe xpN21xNf2外部摻入的雜質濃度分布 26 5－ 3－ 3外延層生長中的自摻雜 ? 自摻雜效應： 襯底中的雜質進入氣相中再摻入外延層 ? 抑制自摻雜的途徑： 一：減少雜質由襯底逸出 ，使硅襯底表面附近形成一雜質耗盡層，再外延時雜質逸出速度減少可降低自摻雜 ，即將背面預先生長高純 SiO2或多晶硅封閉后再外延，可抑制背面雜質的蒸發(fā)而降低自摻雜。 5－ 2－ 2 硅外延生長設備 11 523 外延工藝順序 1. 把干凈的硅片裝入反應室 2. 吹入惰性氣體并充入氫氣（ LPVCD：抽真空） 3. 加熱到氫氣烘烤溫度（ 1200 ℃ ）以除去氧化層（該步驟能去除 50100A的 SiO2層） 4. a)加熱到 HCl刻蝕溫度； b)引入無水 HCl(或 SF6)以刻蝕表面的硅層； c)吹氣以除去系統(tǒng)中的雜質和 HCl 5. a)冷卻到沉積溫度； b)引入硅原料和摻雜劑以沉積所要的薄膜； c)吹入氫氣以去除硅原料和摻雜劑 6. 冷卻到室溫 7. 吹走氫氣并重新充入氮氣 8. 取出硅片 12 ? 原理： SiCl4+2H2 ? Si+4HCl 524硅外延生長的基本原理和影響因素 以 SiCl4為例 13 生長過程 ： 14 1. SiCl4濃度對生長速率的影響 隨著濃度增加 ,生長速率先增大后減小 . 15 溫度較低時 ,生長速率隨溫度升高呈指數(shù)規(guī)律上升 較高溫度區(qū) ,生長速率隨溫度變化較平緩 . 16 ? 生長速率 與總氫氣 流速的平方根成正比 ? 生長速率 100110 111 17 525硅外延生長動力學過程 ? 兩個模型 : 氣 固表面復相化學反應模型 , 氣相均質反應模型 18 邊界層： P110 ? 在接近基座表面的流體中出現(xiàn)一個流體速度受到干擾而變化的薄層，而在薄層外的流速不受影響，稱此薄層為邊界層，也叫附面層，停滯層，滯流層。是較通用的硅源 。 ?按照反應類型 可分為 氫氣還原法 和 直接熱分解法。 （厚度為幾微米） 3 外延生長分類 ? 根據外延層性質 正外延： 器件制作在外延層上 反外延： 器件制作在襯底上 同質外延 ：外延層與襯底 同種材料 如 Si/Si、 GaAs/GaAs 、 GaP/GaP。 ? 生長的這層 單晶 叫 外延層 。 6 7 ?對外延片的質量要求 ：電阻率及其均勻性、厚度及其均勻性、位錯和層錯密度等。 5－ 2－ 1硅外延生長用的原料 8 氣相外延法生長 Si半導體膜所用原料氣體、反應式、生長溫度及所屬反應類型 9 各種硅源優(yōu)缺點： ? SiHCL3,SiCL4 常溫液體，外延生長溫度高，但是生長速度快，易純制，使用安全。 10 ? 四部分組成： 氫氣凈化系統(tǒng)、氣體輸運及凈化系統(tǒng)、加熱設備和反應室 ? 根據 反應室的結構 ，由 水平式和立式 ，后者又分為 平板式和桶式 ? 加熱反應器， 提高溫度，有利于硅的淀積 ， 加熱方式 有 高頻感應加熱 和 紅外輻射加熱 。 21 5－ 3硅外延層電阻率的控制 ? 不同器件對外延層的電參數(shù)要求是不同的， 這就需要 在外延生長過程中 ， 精確控制 外延層中的 雜質濃度和分布 來解決 22 5－ 3－ 1外延層中的雜質及摻雜 ? 外延層中雜質來源很多，總的載流子濃度 N總 可以表示為： N總 ＝ N襯底 ?N氣 ?N鄰片 ?N擴散 ?N基座 ?N系統(tǒng) N襯底： 襯底中揮發(fā)出來的雜質摻入外延層中的雜質濃度分量 N氣： 外延層中來自混合氣體的雜質濃度分量 N鄰片： 外延層中來自相鄰襯底的雜質濃度分量 N擴散： 襯底中雜質經固相擴散進入外延層的雜質濃度分量 N基座： 來自基座的雜質濃度分量 N系統(tǒng)： 除上述因素外整個生長系統(tǒng)引入的雜質濃度分量 23 N氣， N基座， N系統(tǒng)， 雜
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