【正文】 提供表面化學(xué)成份的數(shù)據(jù)，測定外延層組分和雜質(zhì)的剖面分布。 高能電子衍射儀 HEED： 由電子槍和接受電子的熒光屏組成，由電子槍出來的電子束入射到結(jié)晶表面，在熒光屏上顯示出的表面衍射圖像是與表面原子排列情況相對應(yīng)的圖像，解析這個圖像可以知道外延層的結(jié)晶性能。 測量、分析、監(jiān)控系統(tǒng) 低生長溫度（ 400900℃ ）， 可以： 減少系統(tǒng)的放氣； 降低了擴散效應(yīng)、自摻雜效應(yīng)的影響； 降低了襯底雜質(zhì)的再分布以及熱缺陷的產(chǎn)生； 可以精確控制層厚、界面。 低生長速率（ ~197。/s） ： 給分（原）子提供了足夠的時間在襯底表面上運動，為進(jìn)入到晶格位置、生成高質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件，每秒一個原子層的低生長速度可使控制精度提高。 層錯、圖形漂移及利用層錯法測量厚度 外延層質(zhì)量直接關(guān)系到做在它上面的各種器件的性能，因此，檢測、分析外延層缺陷及產(chǎn)生原因是提高外延質(zhì)量的一個重要方面。 外延層中的缺陷按其所在位置可分為兩大類： 一類是 顯露在外延層表面的缺陷，這類缺陷可用肉眼或者金相顯微統(tǒng)觀察到，通常稱為 表面缺陷 。 另一類是 存在于外延層內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)缺陷，也就是 體內(nèi)缺陷 。實際上，有些缺陷是起源于外延層內(nèi)部，甚至于是襯底內(nèi)部，隨外延層的生長一直延伸到外延層表面。 表面缺陷主要有：云霧狀表面、角錐體、劃痕、星狀體、麻坑等。 體內(nèi)缺陷主要 有 ：位錯和層錯。 層錯 層錯 也稱堆積層錯，由原子排列次序發(fā)生錯亂引起，隨著外延生長一直延伸到 表面。 是外延層的一種特征性缺陷 。 層錯界面處的原子排列不規(guī)則，界面兩邊的原子相互結(jié)合較弱，具有較快的化學(xué)腐蝕速率，經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)腐蝕之后，就會在層錯面與外延層表面交界處出觀三角形腐蝕圖形。 層錯法測量外延層的厚度 因為層錯一般是由外延層與襯底界面開始，一直延伸到表面，那么缺陷圖形的邊長與外延層厚度之間就存在一定的比例關(guān)系。因此可以通過 測量缺陷圖形的邊長 l，換算出層錯四面體的高度，即外延層的厚度 T，達(dá)到測量外延層厚度的目的。 llT ?? 圖形漂移和畸變 在外延生長之前，因工藝需要在硅面可能存在凹陷圖形，外延生長之后在表面應(yīng)該重現(xiàn)出完全相同的圖形。但是外延層上的圖形相對于原掩埋圖形常會發(fā)生水平漂移，畸變，甚至完全消失，如圖所示。 具體情況依賴于襯底取向、淀積率、反應(yīng)室的工作壓強、反應(yīng)系統(tǒng)的類型、外延溫度和硅源的選擇等。 硅的生長和腐蝕速率的各向異性 是發(fā)生圖形漂移和畸變的根本原因。 外延層電阻率的測量 外延層的電阻率及其均勻性也是外延層質(zhì)量的一個重要參數(shù)。檢測外延層電阻率的方法很多， 擴展電阻法 是其中的一種。 擴展電阻法的最大持點是可以測量微區(qū)的電阻率或電阻率分布情況。 可以反映 1010cm3體 積內(nèi)電阻率的變化，最高分辨半徑可達(dá) 200197。 測量原理： 半導(dǎo)體材料電阻率一般要比金屬材料的電阻率高幾個數(shù)量級，當(dāng)金屬探針與半導(dǎo)體材料呈歐姆接觸時，電阻主要集中在接觸點附近的半導(dǎo)體中，而且呈輻射狀向半導(dǎo)體內(nèi)擴展，擴展電阻法測量電阻率就是根據(jù)這個原理進(jìn)行的。 以單探針為例 ， 當(dāng)有電流 I從探針流入 半無限厚 半導(dǎo)體時，在接觸點處電流向半導(dǎo)體材料中呈輻射狀擴展，沿徑向各點的電阻不相等 ，半徑 r處 dr范圍內(nèi)的電阻為 則 總的接觸電阻為 r0為探針端頭的半徑， ρ為半導(dǎo)體材料的電阻率。 021 20 rπρdRdRdRdRRr ????? ????drrdR 22??? r越大， dR越小， 從針尖到 5r0范圍內(nèi) 的電阻為： 這個阻值與總電阻之比為 說明擴展電阻主要集中在接觸點附近的半導(dǎo)體中。 因 此， 探針端頭的半徑越小，則越能反映出微區(qū)的電阻情況。 0520 522)5(00 rrdrrR rr ???? ?? ?%80)( )5( 0 ??R rR 實際金屬探針與半導(dǎo)體材料表面接觸可認(rèn)為是圓形平 面接觸 ， 如圖所示，接觸半徑為 a，根據(jù)上述原理，通過 Laplace方程可求出總的接觸電阻為 ： aR 4?? 如果實際金屬與半導(dǎo)體接觸不是歐姆接觸時，會存在一個接觸電勢差， 引入一個經(jīng)驗修正因子 K， 擴展電阻可表示為 ： aKR 4?? 上面只考慮了半無限均勻的情況，對于 薄 外延層、擴散層、離子注入層等的 測 量，由于 厚度 T與探針有效接觸半徑是可以相比的 ，需要進(jìn)行邊界條件的修正 ， 引 入 一個修正因 子 Ct， 則 ： 擴展電阻法在實際用中 ， 應(yīng)該先設(shè)法 建立一條已知電阻率的單晶材料與擴展電阻的校正曲線，然后再通過校正曲線實現(xiàn)擴展電阻與電阻 率的轉(zhuǎn)化關(guān)系。 KCaRC tt4?? ??1. 什么是外延？生長速率控制機制？ 2. 外延薄膜的生長模型是？ 3. 減少自摻雜效應(yīng)的方法？ 4. 為什么要采用低壓外延？ 5. 采用 硅烷熱分解法外延 的優(yōu)點是什么？存在的問題及如何解決？ 6. SOS技術(shù)的主要優(yōu)點和缺點？ 7. 分子束外延的主要特點 8. MBE設(shè)備的三個主要組成部分 第七章作業(yè) 上節(jié)課內(nèi)容小結(jié) 薄膜生長模型：晶體表面臺階的橫向運動，即為 二維層狀生長模型。 四種硅源： ① 四氯化硅（ SiCl4） ：早期，溫度高，主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的外延工藝中。 ② 三氯硅烷（ SiHCl3， TCS） ： 較低的溫度下外延，生長速率較高，可用于生長厚外延層。 ③ 二氯硅烷（ SiH2Cl2， DCS） ：更低溫度下生長高質(zhì)量薄外延層，外延層的缺陷密度低，是選擇外延常用的一種硅源。 以上均為可逆反應(yīng)，可逆向發(fā)生 Si的腐蝕。 ④ 硅烷（ SiH4） ：可在低于 900度的溫度下生長很薄的外延層，而且可得到高淀積率。 上節(jié)課內(nèi)容小結(jié) 生長速率與溫度之間的關(guān)系 低溫區(qū) (A區(qū) )：表面化學(xué)反應(yīng)控制。 高溫區(qū) (B區(qū) )：實際外延是在 高溫區(qū)外延，表面 Si原子有足夠的能量和遷移能力，運動到扭轉(zhuǎn)的位置， 易生成單晶 。