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外延生长?外延生长【 epitaxial growth 】在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的一薄层单晶层的方法。?外延生长技术发展于 20 世纪 50 年代末 60 年代初,为了制造高频大功率器件,需要减小集电极串联电阻。外延生长的最终目的是:沉积一层缺陷少, 且可控制厚度及掺入杂质的单晶薄膜?生长外延层有多种方法,但采用最多的是气相外延工艺,常使用高频感应炉加热,衬底置于包有碳化硅、玻璃态石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上,然后放进石英反应器中,也可采用红外辐照加热。?为了克服外延工艺中的某些缺点,外延生长工艺已有很多新的进展:减压外延、低温外延、选择外延、抑制外延和分子束外延等。外延生长可分为多种①按照衬底和外延层的化学成分不同,可分为同质外延和异质外延; ②按照反应机理可分为利用化学反应的外延生长和利用物理反应的外延生长; ③按生长过程中的相变方式可分为气相外延、液相外延和固相外延等。非 CVD 技术等离子增强 CVD ( PECVD) 化学气相沉积( CVD )技术外延生长快速热处理 CVD ( RTCVD) 金属有机物 CVD ( MOCVD) 超高真空 CVD ( UHVCVD) 激光、可见光、 X射线辅助 CVD 分子束外延离子束外延成簇离子束外延液相外延外延生长的类型: ?气相外延( VPE , 也叫热 CVD ): 利用硅的气态化合物或液态化合物的蒸汽在衬底表面进行化学反应生成单晶硅。是一种在 IC 制造中最普遍采用的硅外延工艺。?液相外延: 由液相直接在衬底表面生长外延层的方法。一种比较粗糙的方法是把熔融的半导体物质注入底层上,经过一段时间后结晶,然后把多于的液体去除。 wafer 的表面可以重新研磨抛光形成外延层。很明显这个 liquid-phase epitaxy 的缺点是重新研磨的高成本和外延层厚度精确控制的难度。?分子束外延( MBE : molecular beam epitaxy ): 这是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下,由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气, 经小孔准直后形成的分子束或原子束,直接喷射到适当温度的单晶基片上,同时控制分子束对衬底扫描,就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。该技术的优点是:使用的衬底温度低(400-800 ℃) ,膜层生长速率慢,束流强度易于精确控制,膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜,以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。外延生长分类同质外延:外延层和衬底为同一材料。异质外延:外延层和衬底是不同的材料。外延生长与掺杂技术的目的类似,都是形成具有一定导电类型和杂质浓度的半导体层,其质量要求主要有下面几条: 1、具有一定的厚度,且厚度均匀。 2 、掺杂浓度( 表现为电阻率) 均匀并符合设计要求。 3 、位错、层错、麻坑、雾状缺陷、伤痕等缺陷尽量少 4、杂质分布满足要求。外延层质量要求?外延生长前处理——衬底清洗?硅外延( Epitaxial Si )生长?掺杂引入?外延生长缺陷? GaAs 外延生长?金属有机物 CVD ?分子束外延生长?小结本讲内容