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目录： 第一章之相图 第二章之晶体生长 第三章之硅和锗的制备 第四章之材料基本性质 第五章之区熔提纯 第六章之杂质与缺陷 第七章之硅的外延生长 第八章之Ⅲ-Ⅴ化合物 第九章之Ⅱ-Ⅵ化合物 返回页： 类似页： |
硅的外延生长1、外延生长概述（1）外延生长的定义 在一定的条件下经过切磨抛等仔细加工的单晶衬底上生长一层和服要求的单晶层的方法。（衬底晶格的延伸，简称外延生长） （2）外延生长的分类 同质与异质， 直接外延和间接外延 气相、液相和固相外延 （3）外延生长的特点 可以在低阻衬底上生长高阻； 可在P（N）型衬底上长其他类型的外延层； 与掩膜技术结合，可在指定区域选择外延生长； 可以改变掺杂的种类及浓度； 可生长异质、多层、多组合化合物且组分可变的超薄层； 可在低于熔点温度下的外延生长、速度可控、实现原子级尺寸厚度的外延生长； 可生长无法拉制单晶的材料。 2、硅衬底的制备定向-切片-倒角-研磨-化学腐蚀-抛光-清洗-检测； 硅衬底的制备： 硅单晶的定向：在硅锭上磨出主参考面。 切片：使用线切割机切割 倒角，研磨，化学腐蚀：除去边缘。 抛光：进一步提高硅片的平整度。（CMP化学机械抛光）加NaOH化学腐 蚀 ，再用机械实现抛光。 化学清洗：使用化学清洗剂 检测：几何尺寸，表面清洁度，表面缺陷 3、硅的气相外延生长高温下，挥发性强的柜员与氢气发生反应或者热解，在硅衬底上形成外延层。 前提条件：反应物有足够的蒸气压，除沉积物外其他均为气相， 沉积物和衬底的蒸气压足够低。 使用的硅源：SiH4（低温使用），SiH2Cl2（低温），SiHCl3，SiCl4 设备：氢气净化系统个，气体输运及控制系统，加热设备，反应室。 流程：洗硅，装硅，通氢，升温，高温，气相抛光，通氢，外延，通氢，降温，去骗取片 生长速率影响参数： SiCl4浓度》先增大后减小 温度》增加，先快后慢 气流速度：0.5次方增加，存在饱和。 衬底晶向：100》110》111 外延生长的动力学模型：复相化学反应模型和气相均质反应模型 复相化学反应：输运，穿过边界层的迁移，反应物吸附在衬底表面，发生化学反应 ，副产物脱离（低温受制于表面的反应，为表面反应方程；室温受制于衬底表面迁移，为质量输运控制方程） 气相均值质化学反应：先生成原子或原子团后转移到衬底的表面。 边界层及其特性： 质量输运中的边界层：远离基座的浓度均匀，边界层主要为扩散，表面衬底反应家底反应物浓度，衬底上方反应物浓度存在梯度。 热传导中的边界层：在发热的平板上方存在温度变化的薄层，叫温度边界层。 还有一个速度边界层：用于区分表面的速度的影响 硅外延生长的动力学模型： 格罗夫简单模型》控制薄膜沉积的主要因素是输运和表面化学反应； 具体的推导会在后面的补充中提到。 停滞层模型》对流层浓度不变，停滞层流速为0；（可以使用基座倾斜来达到均匀沉积） 4、硅外延层电阻率的控制硅外延时杂质的浓度和分布： （1）外延层中高的杂质：衬底挥发的杂质，彻底扩散的杂质，相邻衬底的杂质，基座的杂质，生长系统的杂质，混合气体的杂质。 （2）外延生长的人为掺杂 N型：PCl3；P型：BCl3；卤化物：稀释在反应气体中；氢化物：稀释在氢气中。 外延层杂质的再分布 干扰源：固态扩散和自掺杂； 外延层和衬底含有不同类型的杂质，我们希望杂质分布较陡，但实际上，扩散会降低杂质的分布梯度。 自掺杂：从衬底中挥发的杂质再次从气相中骨转移到外延层。 自掺杂的类型：背面自掺杂（正面杂质难以挥发），外延层生长过程中的自掺杂。 自掺杂的抑制： 减少杂质的溢出》K小的杂质作为衬底和埋层的掺杂剂，外延前加热衬底，低温外延和不含有卤原子的硅源，二段外延生长技术。 使蒸发到气相中的杂质不再进入外延层》减压外延； 5、硅的异质外延SOI（绝缘层上的硅）： 蓝宝石是一种个良好的绝缘体。 SOS（Al2O3上的硅）： 相容性： 热膨胀系数）主要是应力的影响； 沾污问题）尖晶石依赖衬底组分，再现性差。蓝宝石比较成熟。 SOS外延的特点：自掺杂效应比较明显，一般采用SiH4作为硅源。 解决衬底腐蚀问题的方法：双速率生长法，先高后低；两不外延法，先SiH4覆盖，再用SiCl4生长。 生长缺点：晶格缺陷与金属深能级作用，Al的局部缺陷，导致外延层的质量不如同质外延。 SOI技术： SOI主要的制备方法：熔化横向生长，CVD横向生长，氧离子注入和硅片面键合法。 1）熔化横向生长 在硅衬底上形成一层氧化膜，使用熔区实现再结晶； 2）CVD横向生长 在二氧化硅模上光刻出外延口，控制二氧化硅形成多晶核。再外延。 3）SIMOX（氧离子注入隔离法） 利用O形成符合化学计量比的SiO2埋层。 工艺参数：注入计量和注入能量； 4）硅片面键合法 使用物理方法实现模的厚度要求。 |