7第七章 外延.ppt

集成电路制造技术第七章外延西安电子科技大学微电子学院戴显英 201 2年8月 1本章主要内容?外延的基本概念与应用?硅气相外延的生长模型?影响外延生长速率的因素?外延层的掺杂分布?外延生长技术?外延层图形漂移 2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: a. 避免了闩锁效应:降低漏电流; b. 避免了硅层中 SiO X的淀积; c. 外延 Si表面损伤小。 3 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 4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 5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 ) 6 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 ; 外延的基本概念 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: 1)横向二维层层生长,如 Si/Si 同质外延; 2 )三维岛状生长,如 GaN/SiC 异质外延 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 10