第七章外延.ppt

第七章外延
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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；
；
。
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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
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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
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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）
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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；
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硅气相外延的基本原理
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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，。
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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
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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
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