第七章外延.ppt

第七章外延.ppt第七章外延(Epitaxy)
(外延)定义:在单晶衬底上,按衬底晶向生长一层新的
单晶薄膜的工艺技术。
外延层:衬底上新生长的单晶层。
外延片:生长了外延层的衬底。
应用
①双极器件与电路:
轻掺杂的外延层--较高的击穿电压;
重掺杂的衬底降低集电区的串联电阻。
②CMOS电路:
:降低漏电流;
;
。
在双极晶体管(电路)中的应用
高阻的外延层可提高集电结的击穿电压
低阻的衬底(或埋层)可降低集电极的串联电阻
在CMOS器件(电路)中的应用
减小pnpn寄生闸流管效应
降低漏电流
外延的基本概念
外延的分类
①按工艺分类:
气相外延(VPE):硅的主要外延工艺;
液相外延(LPE):Ⅲ-Ⅴ化合物的外延;
固相外延(SPE):离子注入退火过程;
分子束外延(MBE,Molecular Beam
Epitaxy)
②按材料分类
同质外延:外延层与衬底的材料相同,如
Si上外延Si,GaAs上外延GaAs;
异质外延:外延层与衬底的材料不相同,如
Si上外延SiGe 或 SiGe上外延Si;
蓝宝石上外延Si-- SOS(Silicon on Sapphire);
蓝宝石上外延GaN、SiC。
③按压力分类
常压外延:100kPa ;
低压(减压)外延:5-20kPa;
硅气相外延的基本原理
外延生长模型
生长步骤
①传输:反应物从气相经边界层转移到Si表面;
②吸附:反应物吸附在Si表面;
③化学反应:在Si表面进行化学反应,得到Si及副产物
④脱吸:副产物脱离吸附;
⑤逸出:脱吸的副产物从表面转移到气相,逸出反应室
⑥加接:生成的Si原子加接到晶格点阵上;
生长特征:横向二维的层层生长,。
外延生长模型
A位吸附原子的几种可能性
①原位不动:与其它吸附原子形成Si串或Si岛;最不稳定,
因而缺陷最多;易岛状(三维)模式生长。
②迁移到B位:较稳定;
③迁移到C位-扭转位置:最稳定,不易迁移;
生长模型:依靠晶体表面台阶的二维横向生长
单晶Si或多晶Si的生长速率与温度
温度T:
T高,有利于单晶生长;
T低,有利于多晶生长。
生长速率V:
V高,有利于多晶生长;
V低,有利于单晶生长。
高T、低V,易单晶生长
低T、高V,易多晶生长
化学反应—H2还原SiCl4体系
生长总反应:SiCl4 + 2H2=Si(s)+4HCl(g)
气相中间反应:SiCl4 + H2=SiHCl3+HCl
SiCl4 + H2=SiCl2+2HCl
SiHCl3+ H2=SiH2Cl2+HCl
SiHCl3 =SiCl2+HCl
SiH2Cl2=SiCl2+H2
吸附生长:SiCl2(吸附)+ H2=Si(s)+2HCl
或 SiCl2 (吸附)=Si(s) + SiCl4
腐蚀反应:SiCl4+ Si(s)=2SiCl2