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第七章外延
外延的基本概念
1 定义
外延(epitaxy-取向附生, 外延附生),源自于希腊语,意思是“在······上排列”。
在集成电路工艺中,外延是指在单晶衬底(如硅片)上、按衬底晶向生长单晶薄膜的工艺过程。
从广义上来说,外延也是一种化学气相沉积(CVD)工艺。
外延片(导电类型、电阻率、厚度)
2 外延分类
①在低阻衬底材料上生长高阻外延层的工艺称为正向外延。
②反之,在高阻衬底材料上生长低阻外延层的工艺则称为反向外延。
③如果生长的外延层和衬底是同一种材料,这种工艺称为同质外延。
④如果外延生长的薄膜材料与衬底材料不同,或者说生长的化学组分、甚至物理结构与衬底完全不同的外延层,相应工艺就叫异质外延。(晶格失配)
3 外延生长类型
根据向衬底输送原子的方式可以把外延分为:
①气相外延(Vapor Phase Epitaxy -VPE)
②液相外延(Liquid Phase Epitaxy -LPE)
③固相外延(Solid Phase Epitaxy -SPE)
因为气相外延技术成熟,能很好的控制薄膜的厚度、杂质浓度和晶体的完整性,在硅工艺中一直占据主导地位。温度高。
4 发展状况
为提高双极晶体管的性能而发展。
近些年来,外延工艺被用到CMOS集成电路的工艺中。而做在外延层上的CMOS电路与做在硅的抛光片上相比有以下优点:
①避免了闩锁效应;
②避免硅层中SiOX的沉积;
③硅表面更光滑,损伤最小。
闩锁效应是CMOS工艺所特有的寄生效应,严重会导致电路的失效,甚至烧毁芯片。闩锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的,当其中一个三极管正偏时,就会构成正反馈形成闩锁。避免闩锁的方法就是要减小衬底和N阱的寄生电阻,使寄生的三极管不会处于正偏状态。
制作在外延层上的双阱CMOS器件的剖面图
本章内容
硅气相外延的基本原理







硅气相外延的基本原理
1 硅源
目前生长硅外延层主要有四种源,它们是:
①四***化硅(SiCl4),;
②三***硅烷(SiHCl3),称为TCS;
③二***硅烷(SiH2Cl2)称为DCS;
④硅烷(SiH4)。
近晶面外延生长示意图
2 外延薄膜的生长模型
从曲线我们可以观察到,高温低生长速率时,易生长单晶;而低温高生长率时,易生长多晶。