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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SiCl2是最主要的反应剂；
④所有反应均是可逆的：
腐蚀反应在低于900℃，
高于1400℃时发生；
外延生长在其中间温度。
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生长速率与温度的关系
生长速率V：SiH4>SiH2Cl2>SiHCl3>SiCl4
温度T
低温A区：
①反应控制，对T敏感；
②曲线的斜率相同，
即反应的活化能相同；
解释：主要是H(HCl)的解吸。
高温B区：
①输运控制，对T不敏感，
对气流、反应室几何形状敏感；
②V随T有微弱增加。
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生长速率与反应剂浓度的关系
SiCl4的摩尔分数Y
①Y<，生长速率随Y增加；
②Y>，生长速率随Y降低；
③Y>，只有Si的腐蚀；
生长速率V
V>2μm/min，多晶生长；
典型的生长条件
Y=-，
V=-1μm/min。
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生长速率v与流速U
SiH4外延温度：1200℃，输运控制；
边界层厚度：δ（x）=（μx/ρU)1/2 ；
故，v随U的增大而增加。
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外延层的杂质分布
外延掺杂的特点：原位掺杂；
外延掺杂的优点：掺杂浓度可精确控制；
突变型分布。
分布偏离：
①扩散效应---衬底与外延层杂质相互扩散；
②自掺杂效应---衬底杂质蒸发进入边界层。
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扩散效应
扩散效应：衬底杂质与外延层杂质相互扩散，
导致界面处杂质再分布；
杂质扩散：满足菲克第二定律--扩散方程，即
①衬底杂质分布：假定外延层本征生长，杂质浓度为
N1(x)--余误差函数
②外延层杂质分布：假定衬底本征，杂质浓度为
N2(x)--余误差函数
③实际再分布：N（x)= N1（x)±N2（x)
“+”：n/n+(p/p+)；“-”：p/n+(n/p+)
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自掺杂效应（非故意掺杂）
定义：衬底杂质及其他来源杂质非人为地掺入外延层
来源:各种气相自掺杂
①衬底扩散蒸发的杂质：在外延生长的初期；
②衬底背面及侧面释放的杂质；
③外延生长前吸附在表面的杂质；
④气相腐蚀的杂质；
⑤其他硅片释放的杂质。
⑥外延系统：基座、输入气体中的杂质。
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低压外延（5-20kPa）
低压作用：减小自掺杂效应；
优点：
①杂质分布陡峭；
②厚度及电阻率的均匀性改善；
③外延温度随压力的降低而下降；
④减少了埋层图形的畸变和漂移；
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选择性外延（SEG）
SEG ：在特定区域有选择地生长外延层；
原理：Si在SiO2或Si3N4上很难核化成膜；
选择性：①特定区域；②硅源。
硅源的选择性顺序：SiCl4>SiHCl3>SiH2Cl2>SiH4；
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横向外延（ELO）
选择性外延（SEG）
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SOI技术
SOI:Silicon on insulator
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SOI的两大技术
1. SIMOX（注氧隔离）技术
SIMOX：Separation by Implanted Oxygen
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2. Smart-cut®
--智能剥离技术
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SOI技术的特点与优势
1．速度高：在相同的特征尺寸下，工作速度可提高
30-40％