硅外延生長ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-08 03:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 晶中 B的含量；三是在外延生長時可以先長一層 N型低阻層作為過渡層，控制夾層。 30 5－ 4 硅外延層的缺陷 ? 分類： 一：表面缺陷，也叫宏觀缺陷 如云霧，劃道，亮點，塌邊，角錐，滑移線等 二：內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，也叫微觀缺陷 如層錯，位錯 31 5－ 4－ 1外延片的表面缺陷 ? 云霧狀表面 外延片表面呈乳白色條紋，在光亮處肉眼可以看到。 一般由于氫氣純度低，含水過多，或氣相拋光濃度過大，生長溫度太低等引起的。 ? 角錐體：又稱三角錐或乳突。形狀像沙丘，用肉眼可以看到。 32 霧狀表面缺陷 ① 霧圈 ② 白霧 ③ 殘跡 ④ 花霧 ① 霧圈 ② 白霧 ③ 殘跡 ④ 花霧 33 角錐體 34 ? 亮點：外形為烏黑發(fā)亮的小圓點 ? 塌邊：又叫取向平面，它是外延生長后在片子邊緣部分比中間部分低形成一圈或一部分寬 1～ 2mm左右的斜平面。 形成原因：襯底加工時造成片邊磨損偏離襯底片晶向。 35 ? 劃痕：由機械損傷引起 ? 星形線（滑移線）： 36 5－ 4－ 2外延層的內(nèi)部缺陷 ? 層錯 層錯形貌分為 單線，開口，正三角形，套疊三角形和其他組態(tài) ? 位錯 外延層中的位錯主要是由于 原襯底位錯延伸引入的 另外可能是由于摻雜和異質(zhì)外延時，由于異類原子半徑的差異或兩種材料晶格參數(shù)差異引入內(nèi)應(yīng)力。 例如在 Si中摻 B,P,它們的半徑比 Si小，它們占據(jù)硅的位置時， Si的點陣會發(fā)生收縮；當摻入 AL,Sb等比 Si半徑大的原子時， Si點陣會發(fā)生擴張。也就是產(chǎn)生晶格點陣的失配。 37 ? 晶格點陣的失配會使外延片呈現(xiàn)彎曲。當彎曲程度超過彈性范圍，為緩和內(nèi)應(yīng)力就會出現(xiàn)位錯，稱之為 失配位錯。 ? 為了消除應(yīng)力，采用 應(yīng)力補償法， 即在外延或擴散時， 同時引入兩種雜質(zhì)，使它們產(chǎn)生的應(yīng)變正好相反。 當兩種雜質(zhì)原子摻入的比例適當時，可以使應(yīng)力相互得到補償，減少或避免晶格畸變。從而消除失配位錯的產(chǎn)生。這種方法稱為“雙摻雜技術(shù)”。 38 55硅的異質(zhì)外延 ? 在 藍寶石、尖晶石 襯底上進行硅的 SOS外延 生長和在 絕緣襯底上 進行硅的 SOI異質(zhì)外延 。 ? SOS :Silicon on Sapphire Silicon on Spinel 在單晶絕緣襯底 藍寶石（ α － AI2O3）或尖晶石(MgO. AI2O3)上外延生長硅 ? SOI: Silicon on Insulator Semiconductor On insulator 39 5－ 5－ 1 SOS 技術(shù) ? 藍寶石和尖晶石 是良好的絕緣體，以它們 作為襯底 外延生長硅 制作集成電路 ，可以 消除集成電路 元器件之間的相互作用， 不但可以減少漏電流和寄生電容，增強抗輻射能力和降低功耗， 還可以 提高集成度和雙層布線，是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的理想材料。 40 ? 選擇 異質(zhì)外延襯底材料 時， 需要考慮的因素 ： 外延層和襯底材料之間的相容性 。包括晶體結(jié)構(gòu)，熔點，蒸汽壓、熱膨脹系數(shù)等。 襯底對外延層的沾污問題 。 目前最適合硅外延的異質(zhì)襯底是 藍寶石和尖晶石 。當前工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用 藍寶石 做襯底。 41 ? 存在問題：自摻雜效應(yīng) 襯底表面的反應(yīng)： AL2O3+2HCL+H2=2ALCL↑ +3H2O 鋁的低價氯化物為氣體，它使襯底被腐蝕，導致外延層產(chǎn)生缺陷。 氫氣和淀積的硅也會腐蝕襯底 2H2+AL2O3=AL2O+2H2O 5Si＋ 2AL2O3=AL2O＋ 5SiO+2AL ? SiCL4對襯底的腐蝕大于 SiH4,所以 SOS外延生長，采用 SiH4熱分解法更有利 。 在襯底尚未被 Si完全覆蓋之前，上述腐蝕反應(yīng)都在進行 為了解決生長和腐蝕的矛盾，可采用 雙速率生長 和 兩步外延 等外延生長方法。 42 雙速率生長： 先用高的生長速率 (1～ 2
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