外延工艺的研究
外延工艺简介
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物理气相沉积
利用物理方法使气态物质冷凝或蒸发沉积在基底 上。
3
外延生长速率与成核密度
外延生长速率与成核密度之间存在关联。
液相外延生长技术
溶液生长
01
将基底浸泡在含有源材料的溶液中，通过扩散控制反应过程。
热壁外延生长
02
将基底靠近加热的壁，使源材料蒸发并在基底上沉积。
外延层厚度和均匀性
03
液相外延生长过程中，需要控制外延层厚度和均匀性。
外延材料种类及特性
单晶硅外延片
单晶硅外延片是一种常见的外延材料，具有高导热、高绝缘、高 透光等特性，广泛应用于电力电子、微电子等领域。
氮化镓(GaN)外延片
GaN外延片具有高击穿电压、高热导率、高抗辐射能力等特性，在 高频大功率电子器件领域具有广泛应用。
氧化锌(ZnO)外延片
ZnO外延片具有高电子迁移率、高透明度、低介电常数等优点，在 光电器件和压电器件领域有重要应用。
这类设备采用水平管式结构，具有生长速度快、温度分布均匀、薄膜质量高等优点，适用 于生长高质量的外延层。
垂直管外延设备
采用垂直管式结构，具有生长环境稳定、操作简单、易于维护等特点，适合生长多种材料 的外延层。
金属有机物化学气相沉积(MOCVD)
MOCVD设备具有灵活的化学气相沉积能力，能够在较低温度下生长高质量的外延层，同 时具有高生产效率和低成本等优点。
随着科技的不断发展，外延工艺的应用领域越来越广 泛。例如，在新能源领域，外延工艺可以用于制备太 阳能电池、燃料电池等高效能源转换器件；在生物医 学领域，外延工艺可以用于制备生物芯片、生物传感 器等生物医学器件；在环保领域，外延工艺可以用于 制备光催化材料、空气净化器等环保器件。未来，随 着外延工艺的不断进步和完善，其应用领域将不断拓 展，为人类社会的发展带来更多的机遇和挑战。
多层硅外延中自掺杂现象研究
多层硅外延中自掺杂现象研究引言多层硅外延技术是一种制造半导体器件的重要工艺方法，其具有高效率、高成本效益和高生产率的优点。
在多层硅外延中，自掺杂现象是影响器件性能和可靠性的重要因素之一。
对多层硅外延中自掺杂现象进行深入研究具有重要意义。
自掺杂现象简介在多层硅外延中，自掺杂现象是指外延过程中，硅片表面未经外源掺杂的情况下，硅片内部产生了自掺杂现象。
这种现象会影响硅片的电学性能和材料特性，从而影响器件性能和可靠性。
了解自掺杂现象的形成机理和影响因素对多层硅外延工艺的优化具有重要意义。
自掺杂现象的影响因素在多层硅外延中，自掺杂现象受多种因素的影响。
首先是外延温度，外延温度会影响硅片表面的自掺杂程度，过高或过低的外延温度都会导致自掺杂现象的产生。
其次是外延时间，外延时间过长会增加自掺杂的程度，从而影响硅片的性能。
气氛气体的成分和压力也会影响自掺杂现象的产生。
外延过程中的温度、时间和气氛气体的控制是影响自掺杂现象的主要因素。
自掺杂现象的形成机理多层硅外延中，自掺杂现象的形成机理是一个复杂的过程。
一般来说，自掺杂现象是由外延反应中的杂质和杂质气相扩散导致的。
当外延反应进行时，外延层表面的杂质和杂质气相会发生扩散，当温度和气压适当时，会导致硅片内部产生自掺杂现象。
外延反应中的气氛气体和气压也会影响杂质和杂质气相的扩散，从而影响自掺杂现象的形成。
自掺杂现象的研究方法针对多层硅外延中自掺杂现象的研究，可以采用多种方法进行。
首先是表面分析方法，通过表面分析技术可以观察和分析硅片表面的掺杂情况，从而了解自掺杂现象的形成和发展。
其次是物理性能测试方法，通过测量硅片的导电性、载流子浓度分布等物理性能参数，可以分析自掺杂现象对硅片的影响。
最后是材料特性测试方法，通过测量硅片的机械性能、热学性能等材料特性参数，可以分析自掺杂现象对硅片的影响。
外延工艺技术
外延工艺技术外延工艺技术是一种常用于半导体材料生长技术的方法，被广泛应用于集成电路、光电子器件等领域。
它的主要特点是在基片表面逐渐生长出所需薄膜或晶体材料，并能控制其结构和性能。
外延工艺技术的核心是在基片表面生成一层与自身晶体结构相同或相似的材料，即外延层。
通过调节生长条件，可以控制外延层的厚度、晶格常数以及晶体质量，从而实现对薄膜或晶体材料的精确控制。
外延工艺技术主要包括气相外延、分子束外延和金属有机化学气相沉积等方法。
其中，气相外延是最常见的一种方法。
它利用气相反应原料，在高温下将气体中的原子或分子沉积到基片表面，形成薄膜或晶体结构。
这种方法具有生长速度快、控制能力强、适用性广等优点。
分子束外延是一种高真空条件下生长膜的方法。
它利用电子束或离子束将原子或分子瞄准到基片表面，实现晶体生长。
这种方法生长的薄膜结构更加均匀，晶格常数更精确，因此在一些特殊应用中得到广泛应用。
金属有机化学气相沉积是一种利用有机金属气体化合物的热分解沉积薄膜或晶体的方法。
它具有较高的生长速率、较低的生长温度以及较好的材料纯度等优点，特别适用于一些高温不稳定的材料。
外延工艺技术在半导体行业中的应用非常广泛。
例如，现代集成电路中的材料生长、退火、离子注入等过程，都离不开外延工艺技术的支持。
通过外延工艺技术，可以实现对材料杂质掺入浓度、电学特性、光学特性等方面的精确调控，从而提高器件的性能和可靠性。
此外，外延工艺技术还被广泛应用于光电子领域，如光通信、太阳能电池等。
通过外延生长技术，可以制备出高质量的半导体材料，提高光电转换效率。
同时，外延工艺技术还可以用于制备纳米材料、二维材料等新型材料，具有很大的研究和应用前景。
总之，外延工艺技术是一种重要的半导体材料生长方法，具有精确控制材料结构和性能的优势。
随着半导体技术的不断发展，外延工艺技术将在电子、光电子等领域中发挥越来越重要的作用。
工艺技术6外延
上片漂移小纠偏过头
下片纠偏较正确
2.图形畸变Distortion
• 外延后图形增大或缩小,变模糊,甚之消失。 • 图形边缘不再锐利。 • 畸变原因：
主要是HCL腐蚀硅片表面，在台阶处，由于取 向不同使各方向腐蚀速率不同结果产生畸变。
SHIFT 非对称畸变 图形消失
对称变大 对称变小
外延后图形严重畸变
外延技术讲座提要
• 外延工艺简述 • 外延的某些关键工艺 • 几种常见外延炉性能比较 • 外延工艺及设备的展望
一、外延工艺简述
1.外延的含意 • Epi—taxy是由希腊词来的表示在上面排列
upon to arrange。
• 外延的含意是在衬底上长上一层有一定厚 度一定电阻率及一定型号的单晶。
• 外延是一种单晶生长技术但又不同于拉晶、 也不同于一般的CVD 。
2)电阻率测试
• 三探针: n/n+ p/p+ 探针接触电阻大
• 四探针: p/n n/p
当在界面有低阻过渡区时测试不准
• SRP: n/n+ p/p+ n/p p/n 要求知道衬底型号与取向，否则测试不准
• C-V:n/n+ p/p+ n/p p/n 要求严格的表面清洁处理
四探针
srp
Srp还可测浓度(或电阻率)与结深的关系，可 看过渡区宽度，是一个很好的分析测试手段
对于(111)晶片,取向对畸变影响很大
畸变小
畸变严重
轻微畸变使图形边缘模糊，使光刻困难
轻微畸变
水平方向变宽，光刻机不能识别
硅源中氯原子的含量上对shift的影响
shift
0.4
0.3
(111)
0.2
外延工艺在集成电路制造产业中的应用
外延工艺在集成电路制造产业中的应用外延工艺是一种在集成电路制造过程中广泛应用的工艺技术。
它通过在硅基材料上形成一个或多个较厚的外延层，使晶体管等器件得以制造和集成。
这种工艺的应用不仅提升了晶体管的性能和质量，还促进了集成电路的封装密度和可靠性。
首先，外延工艺在集成电路制造中的应用体现在提高晶体管性能方面。
通过外延工艺，可以在晶片表面上形成高质量的薄膜材料，这些薄膜可以用于制造不同类型的器件。
例如，外延层可以用于制造MOS晶体管的栅极、源极和漏极等关键部件，从而提高晶体管的导电性和开关速度。
其次，外延工艺在集成电路制造中的应用还体现在提高集成度方面。
外延工艺可以实现不同材料之间的垂直和水平集成。
在垂直集成方面，通过在原有晶片上叠加外延层，可以制造多层晶体管结构，从而提高芯片的功能集成度。
在水平集成方面，外延工艺可以实现在同一晶片上集成不同材料的器件，如光电二极管和磁电传感器等，从而拓宽了集成电路的应用领域。
此外，外延工艺的应用还能提升集成电路的可靠性。
外延层具有较高的晶体质量和良好的晶体匹配性，因此可以有效减少晶体管的漏电流和热噪声等问题，提高电路的稳定性和可靠性。
同时，由于外延层具有良好的电学和机械性能，可以减少封装过程中的应力和热膨胀问题，降低退化和失效的风险。
综上所述，外延工艺在集成电路制造产业中具有广泛的应用。
它可以提高晶体管的性能和质量，拓宽集成度，提升电路可靠性，为集成电路制造业带来更多的发展机遇。
随着科技的不断进步和需求的不断变化，相信外延工艺在集成电路制造领域的应用前景将更加广阔。
当谈及外延工艺在集成电路制造产业中的应用时，有几个关键方面需要考虑。
首先，外延工艺可以实现材料的选择和调控。
在集成电路制造中，选择合适的材料对电路性能至关重要。
通过外延工艺，可以在晶片表面沉积不同材料的薄膜层，例如氮化镓、氮化铝和氮化硅等。
这种材料的选择可以根据电路应用的需求来进行调控，从而实现对电路性能和功耗的优化。
集成电路工艺之外延
c．在沟槽上进行外延生长（太阳能电池， 光电探测器。调节Si/Cl比例，使表面生长 速率为0，但槽内温度高，可生长）
• 横向超速外延 （ELO，Extended Lateral Overgrowth）
• 使寄生电容很小
指选择外延膜超过二氧化硅台阶高度时， 外延还沿着台面横向生长）
原理：晶粒成核速度：
SiO2 < Si3N4 < Si 异质外延 同质外延
其中含氯越多选择性越好（选择合适的 Si/Cl比例可实现选择外延）
• 最好的选择外延：SiH2Cl2和HCl混合气 体生长，可以去除SiO2表面的成核硅。
选择外延类型：
a．以硅为衬底，氧化硅、氮化硅做掩蔽， 在露出硅的窗口进行外延生长
竞争反应：SiCl4＋Si2SiCl2 • 0<Y<0.1 速率, 0<Y<0.28速率,
Y>0.28 速率<0
8.1.4 生长速率与气体流速的关系
气体流速越大，边界层厚度越小，质量转 移越快，因而生长速率越快。当流量达到 一定数值时，外延速率倾向于饱和，反应 转向化学反应速率控制。
边界层厚度: (x/v)1/2 • v越大， 越小 , 生长速率增加
1选择扩散系数较小的杂质作衬底掺杂埋层用sb或as而不用p2降低外延温度可采用激活能小的硅烷823自掺杂效应由于热蒸发或者化学发应的副产物对衬底的腐蚀使衬底中的硅和杂质进入气相改变了气相中的掺杂成分和浓度从而导致了外延层中的杂质实际分布偏离理想情况这种现象称为自掺杂效应
第八章 外 延
• 外延工艺是在60年代初发展起来的一种 极其重要的技术，目前得到十分广泛的 应用。
sic外延工艺
SIC外延工艺是一种制备碳化硅（SiC）单晶材料的重要技术。
碳化硅作为一种宽禁带半导体材料，具有高热导率、高击穿场强、高电子饱和迁移速度等优异性能，在高温、高压、高频以及大功率电力电子器件和微波器件等领域具有广泛的应用前景。
SIC外延工艺的基本原理是在碳化硅衬底上通过化学气相沉积的方法生长碳化硅单晶薄膜。
碳化硅单晶薄膜的生长需要严格控制温度、气体流量、反应时间和压强等参数，以保证外延层与衬底之间晶格匹配和热膨胀系数相匹配，从而获得高质量的碳化硅外延层。
在SIC外延工艺中，常用的衬底材料包括碳化硅单晶片和蓝宝石单晶片。
碳化硅单晶片具有较高的导热性能和电子迁移率，适合制作高温、高频和大功率电力电子器件；而蓝宝石单晶片具有较高的机械强度和化学稳定性，适合制作耐高温和抗腐蚀的微波器件。
碳化硅外延层的生长需要选择合适的碳源和催化剂气体，常用的碳源包括甲烷、乙炔等烃类气体，催化剂气体包括氢气、氩气等惰性气体。
在生长过程中，通过控制温度和气体流量等参数，可以调节外延层的生长速率和组分，从而获得具有不同物理特性的碳化硅外延层。
总之，SIC外延工艺是制备高质量碳化硅单晶材料的关键技术之一，对于推动碳化硅在高温、高压、高频和大功率电力电子器件和微波器件等领域的应用具有重要意义。
外延 集成电路制造中一道工艺
外延集成电路制造中一道工艺1、什么是外延？外延(Epitaxy)是集成电路制造中的一项工艺，是在厚膜晶体片上，利用高温气氛和半导体材料的吸附性质，在经过表面准备的厚膜晶体片上以有一定方式和形态生长一层材料层的技术。
2、外延的应用外延在微电子制造技术当中广泛应用，在高集成度集成电路中有着重要的作用，可用来做晶片分割，加多层桥接，制造封装结构等。
外延制备的材料具有单晶性，电子特性好，制备的层厚可见光波段可控，材料属性稳定性较好，可用来制作电路上各种量子阱器件，而且表现出的电子特性也很优良，能够得到很好的发挥。
3、外延的工艺步骤①清洗：对晶片进行清洗，清除表面的污染物，以保证表面的清洁度；②物理气体氧化：在采用液氧，还有将晶体片浸入到硅酸、石英酸中经过恒温煮沸或是使用光致氧化；③原料加热：使晶体片温度不断升高，逐渐到达凝固温度；④凝固：将原料进行精细投料，采用熔体混合的方法，使外延材料的浓度均衡，形成较厚的晶体层；⑤冷却：当层厚达到要求，熔料开始冷却，同时也随着温度不断下降，以确定好材料晶体结构；⑥终检：最后进行量测，完成外延工序。
4、外延的优势外延制备的材料差异性很小，具有良好的半导体功能，特别是半导体器件制备所需要的精细结构，可以在比较低的层厚下实现；外延可以使半导体器件的制备技术更加容易，克服裸片的尺寸缩小的问题；此外，外延制备的材料具有单晶性，电子特性非常好，不需要大量的熔点投料，故而也大量地可以减少投料时间，而且外延可以控制的分子的方向很好的方向，可以有效的改善半导体器件的性质。
5、外延的缺点外延这种方法耗时较多，且测量精度也较低，而且在投料过程中，熔体叠加就会造成重交叠，使晶体片表面出现瑕疵，漏晶面会影响半导体器件的性能。
4°偏角4H-SiC单晶快速外延生长工艺研究
Ｆ ａ ｓ ｔ Ｅ ｐ ｉ ｔ ａ ｘ ｉ ａ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ４ Ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ Ｏ ｆ ｆ － ｃ ｕ ｔ ４ Ｈ － Ｓ ｉ Ｃ Ｗａ ｆ ｅ ｒ ｓ
ＭＡＯ Ｋ ａ ｉ － ｌ ｉ ’ ＷＡ Ｎ Ｇ Ｙ ｉ ｎ ｇ ． ｍｉ ｎ ２ ， Ｌ Ｉ Ｂ ｉ ｎ ， Ｚ Ｈ Ａ Ｏ Ｇ ａ ｏ ． ｙ ａ ｎ ｇ ’
ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ， ｙ （ Ｃ ） ／ ｙ （ Ｓ ｉ ） ｍｏ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ， ｅ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｓ ｉ Ｃ ｅ ｐ ｉ ｔ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ．
２ ０ １ ５ 年７ 月 第３ ６ 卷第４ 期
Ｅ ｒ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏｎ ｉ ｃ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ
— — — — — — —
电 子 工 艺 技 术
１ ９ １
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ４ １ ７ ６ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ３ ４ ７ ４ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ４ ． ０ ０ ２
ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ － ｓ ｉ ｔ ｕ ＨＣＩ ｅ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｓｉ Ｃ ｅ ｐ ｉ ｔ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｉ ｓ ｖ ｅ ｒ ｙ ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｄａ ｃ ｅ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｆ ａ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｓｉ Ｃ ｅ ｐ ｉ ｔ ａ ｘｉ ａ ｌ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ａ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ． Ｂｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＨＣ ｌ ｇ ａ ｓ ａ ｓ ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｕ ｒ ｓ ｏ ｒ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ
重掺砷衬底外延工艺研究
２ ｈ ｎ ｈ ｉ Ｉ Ｂ Ｄ ｅ ｃ ｎ ｕｔｒ ｎｆ ｃｕｉｇＣ ． Ｍ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ３ Ｃ ｉａ ， ａ ｇ ａ Ｍ— Ｃ Ｓ ｍｉ ｄ ｃｏ ｕａ ｔｒ ｏ， Ｓ ａ ｇ ａ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｓ Ｓ ｏ Ｍａ ｎ Ｌ ２
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Ｌ０Ｇ Ⅳ
１ 引言
在单 晶衬底 上生长 一单 晶薄 层的 工艺 ，称 为外
延 。外 延工 艺要 求外延 层 电阻率 均 匀要好 ， 自掺 杂 小 ，掺杂浓度控制严格 ，衬底与外延层界面处杂 质分
ｌ ０
布 陡峭¨（ 延过渡 区尽量窄 ） 外 。但在 重掺 Ａｓ 衬底生 长 Ｎ 型高 阻外延 层工艺过 程 中 由于 衬底 的掺杂 浓度 与外 延层 的掺 杂浓 度相差 很 大 ， 自掺 杂与 固态 外扩 散现象 严重 ，使得 外延过渡 区变宽 ，工艺很难 控制 。
外延工艺
1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型，量子阱，N型三个部分构成。
现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石，硅，碳化硅三种，量子阱一般为5个，通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。
这是LED产业的核心部分，需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。
2.外延片的检测一般分为两大类:一是光学性能检测，主要参数包括工作电压，光强，波长范围，半峰宽，色温，显色指数等等，这些数据可以用积分球测试。
二是可靠性检测，主要参数包括光衰，漏电，反压，抗静电，I-V曲线等等，这些数据一般通过老化进行测试。
3.需要指出的是，并没有白光LED芯片，只有白光LED灯珠/管，即需要进行封装才能获得白光小LED灯，也叫灯珠，管子。
白光LED一般通过两种途径获得：一是通过配光，将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED.二是通过荧光粉转换蓝光LED，从而获得白光LED.芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序（WaferFabrication）、晶圆针测工序（WaferProbe）、构装工序（Packaging）、测试工序（InitialTestandFinalTest）等几个步骤。
其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段（FrontEnd）工序，而构装工序、测试工序为后段（BackEnd）工序。
1、晶圆处理工序：本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关等），其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关，但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。
2、晶圆针测工序：经过上道工序后，晶圆上就形成了一个个的小格，即晶粒，一般情况下，为便于测试，提高效率，同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品；但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。
高速BiCMOS外延工艺研究
Ｖｏ １ １ ０
．
电
子
与
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总 第８ ６期
２ １ ０ ０年 ６月
，
Ｎｏ ６
．
ＥＬＥＣＴＲ０Ｎ Ｉ Ｓ ＆ ＰＡＣＫＡ Ｇ Ｉ Ｇ Ｃ Ｎ
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予 Ｖ 造
． 靠 性 ｛ ，
高速 Ｂｉ ＭＯＳ外延 工艺研 究 Ｃ
吴 兵 ， 薛智 民 ，王 清 波 ，陈 宝 忠
性 作用 。本 文为亚微米 高速 Ｂ Ｃ ｉ ＭＯＳ进 行外延工 艺
１ 引言
ＢＣ ｉＭＯＳ工艺综合 了 Ｃ ＭＯＳ 和双极工艺于一 身，
的研发 ，主 要有两 方面 的工 作 ，首先根 据 器件特性
要 求确 认并 优化外 延 层参数 ；然后 确定 工艺 方案完
（ 安 微 电子 技 术 研 究 所 ，西 安 ７ ０ ５ ） 西 １ ０ ４
摘 要 ：外延 工 艺作 为 Ｂｉ ＭＯＳ的关键工 艺，影响着双极和 Ｃ Ｃ ＭＯＳ器件 的 多项性 能参数 。文章对
高速 Ｂｉ ＭＯＳ器件进行 外延工 艺研 究 ，设 计 出 了合理 的外延层 参 数 ，并针 对该参 数进 行 了外延 工 Ｃ
Ｂｉ ０Ｓｄ ｖｃ ． ＣＭ ｅ ｉｅ Ｋ ｅ ｒ ： ｐｔｘ Ｂｉ ｙ ｗｏ ｄｓ ｅ ｉ ｙ； ＣＭ ＯＳ； ｉｈ ｓ ｅ ； ｒ ｓｔｏ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｐｎ ｉｔｉ ｓｃｅ ｉ ｘ ａ ｈｇ —ｐｅ ｄ ｔａ ｉｉｎ ｒｇ ｏ ； ｕ ｏ ｏ ｉｇ；ｎ ｒｎ ｉ ｐ ｔ ｙ ｎ ａ
（ ／ ｎ ｃｏｌ ｔ ｎｃ ｅｈ ｏ ｇ ｓ ｔ ｅＸ ’ｎ７ ０ ５ ， ｈ ａ Ｘ ’ ｒｅ ｃｒ ｉ Ｔｃ ｎ ｌ ｙ ｎｔｕ ， ｉ １０ ４ Ｃ ｉ ） ａ Ｍｉ ｅ ｏ ｓ ｏ Ｉ ｉｔ ａ ｎ
28nm锗硅外延工艺的研究与应用
28nm锗硅外延工艺的研究与应用
28纳米锗硅外延工艺是当前半导体领域的研究热点之一。
锗硅
外延技术是一种将锗硅合金材料沉积在硅衬底上的工艺，常用于制
造高性能集成电路。
这种工艺具有许多潜在的应用和研究价值。
首先，从研究角度来看，28纳米锗硅外延工艺的研究对于深入
了解材料的物理特性和电子特性具有重要意义。
通过对锗硅外延材
料的生长过程、晶体结构、缺陷特性等方面的研究，可以帮助我们
更好地理解材料的性能和行为规律。
这对于未来半导体材料的设计
和开发具有重要意义。
其次，从应用角度来看，28纳米锗硅外延工艺具有广泛的应用
前景。
首先，锗硅外延材料可以用于制造高性能的场效应晶体管（FET），其高迁移率和优异的电子特性使其成为下一代集成电路的
理想选择。
其次，锗硅外延材料还可以用于制造光电子器件，如光
探测器和光调制器，其在光通信和光存储领域具有重要的应用潜力。
此外，锗硅外延材料还可以用于制造能量转换器件，如太阳能电池
和热电器件，有望在可再生能源领域发挥重要作用。
总的来说，28纳米锗硅外延工艺的研究与应用具有重要的科学
意义和广阔的市场前景。
通过深入研究材料的物理特性和电子特性，可以为未来半导体材料的设计和开发提供重要的参考；而在应用方面，锗硅外延材料具有广泛的应用前景，有望在集成电路、光电子
器件和能量转换器件等领域发挥重要作用。
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外延工艺促进导电的原理
外延工艺促进导电的原理
外延工艺是一种半导体制造工艺，用于生产高质量的晶体片。
在外延过程中，将单晶硅片放置在熔融的液相中，使其在原子尺度上逐渐生长。
通过控制生长过程中的温度、压力和气体化学成分等参数，可以生长出具有特定结构和化学成分的半导体层。
在导电方面，外延工艺可以通过引入掺杂剂来控制半导体材料的电性质。
掺杂是向半导体晶体中添加掺杂剂，以改变其电性质的过程。
掺杂剂可以是杂质原子，例如磷、硼或锗，它们可以在半导体晶体中替换原有的半导体原子。
这些掺杂剂会在半导体中形成额外的电子或空穴，从而改变半导体的导电性质。
例如，将磷掺杂到硅晶体中可以形成n型半导体，而将硼掺杂到硅晶体中可以形成p型半导体。
通过外延工艺，可以将掺杂剂加入到半导体晶体中，使其在原子尺度上均匀分布。
这种掺杂过程可以通过控制掺杂剂浓度和外延生长条件来实现。
在半导体器件中，这些掺杂层可以用来形成pn结、场效应管、晶体管等电子元件。
此外，在微电子学中，外延工艺也可以用于制造集成电路中的各种器件。
LED外延片(外延)的成长工艺
今天来探讨LED外延片的成长工艺，早期在小积体电路时代，每一个6吋的外延片上制作数以千计的芯片，现在次微米线宽的大型VLSI，每一个8吋的外延片上也只能完成一两百个大型芯片。
外延片的制造虽动輒投资数百亿，但却是所有电子工业的基础。
硅晶柱的长成，首先需要将纯度相当高的硅矿放入熔炉中，并加入预先设定好的金属物质，使产生出来的硅晶柱拥有要求的电性特质，接着需要将所有物质融化后再长成单晶的硅晶柱，以下将对所有晶柱长成制程做介绍：长晶主要程式：1、融化(MeltDown)此过程是将置放于石英坩锅内的块状复晶硅加热制高于摄氏1420度的融化温度之上，此阶段中最重要的参数为坩锅的位置与热量的供应，若使用较大的功率来融化复晶硅，石英坩锅的寿命会降低，反之功率太低则融化的过程费时太久，影响整体的产能。
2、颈部成长(Neck Growth)当硅融浆的温度稳定之后，将方向的晶种渐渐注入液中，接着将晶种往上拉升，并使直径缩小到一定(约6mm)，维持此直径并拉长10-20cm，以消除晶种内的排差(dislocation)，此种零排差(dislocation-free)的控制主要为将排差局限在颈部的成长。
3、晶冠成长(Crown Growth)长完颈部后，慢慢地降低拉速与温度，使颈部的直径逐渐增加到所需的大小。
4、晶体成长(Body Growth)利用拉速与温度变化的调整来迟维持固定的晶棒直径，所以坩锅必须不断的上升来维持固定的液面高度，于是由坩锅传到晶棒及液面的辐射热会逐渐增加，此辐射热源将致使固业介面的温度梯度逐渐变小，所以在晶棒成长阶段的拉速必须逐渐地降低，以避免晶棒扭曲的现象产生。
5、尾部成长(Tail Growth)当晶体成长到固定(需要)的长度后，晶棒的直径必须逐渐地缩小，直到与液面分开，此乃避免因热应力造成排差与滑移面现象。
切割：晶棒长成以后就可以把它切割成一片一片的，也就是外延片。
芯片，圆片，是半导体元件"芯片"或"芯片"的基材，从拉伸长出的高纯度硅元素晶柱(Crystal Ingot)上，所切下之圆形薄片称为外延片(外延片)。
重掺砷衬底外延工艺研究
图 1 外延层中的杂质浓度分布重掺砷衬底外延工艺研究高 翔 1，程秀兰 1，李志彭 2（ 1.上海交通大学微电子学院，上海 200030；2.上海新进半导体制造有限公司，上海 200233）摘 要：在重掺砷（As ）衬底上生长外延层一直是外延工艺难点。
外延工艺过程中由于衬底的掺 杂浓度与外延层的掺杂浓度相差很大，自掺杂与固态外扩散现象严重，使得外延过渡区变宽，工 艺很难控制。
在确保外延层晶格结构完整、表面质量完美的前提下，适当增加外延生长速率、降 低外延生长温度可减小自掺杂与固态外扩散的影响。
结合多晶硅背封法、二步外延法等对工艺过 程进行优化，可有效抑制自掺杂现象从而提高外延片的质量。
关键词：外延；固态外扩散；自掺杂；多晶硅背封；二步外延中图分类号：TN304.054文献标识码：A文章编号：1681-1070（2008）12-0007-03The Investigation of the Process of Growing Epitaxial Layer on Heavy ArsenicDoping SubstrateGAO Xiang 1, CHENG Xiu-lan 1, LI Z hi-peng 2（1. School of Microelectronics , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200030, China ;2.Shanghai SIM-BCD Semiconductor Manufacturing Co .,Ltd , Shanghai 200233, China ）Abstract: In this paper, the difficulty of grow epitaxial layer on heavy arsenic doping substrate has been studied, The self-dopi ng ，outward difusion in solid state can influence the impurities distribution in the area close to the boundary layer of the substrate across the depth ，Accelerate the speed of grow epitaxial layer, Reduced the temperature of grow epitaxial layer are used to reduce the influence of outward difusion phenomenon. Poly- silicon back-seal, two-step epitaxial and several ways are used to reduce the influence of self-doping phenomenon. Finally,the epitaxial growth technique has been optimized.Key words: epitaxis; outward difusion; s elf-doping; poly-silicon back-seal; two-step epitaxial1引言在单晶衬底上生长一单晶薄层的工艺，称为外延。
外延及CVD工艺
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2010层图形的漂移与畸变2. 埋层图形的漂移与畸变
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漂移规律
{111}面上严重,偏离2~4度,漂移显著减小, 常用偏离3度. 外延层越厚,偏移越大 , 温度越高,偏移越小 生长速率越小,偏移越小 SiCl4 SiH2Cl2 SiH4 硅生长---腐蚀速率的各向异型是发生漂移 的根本原因.
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CMOS电路采用外延片可使
电路的寄生闸流管效应有数 量级的改善。 量级的改善。
Latch-up
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器件微型化： 器件微型化：
提高器件的性能和集成度要求按比例 缩小器件的横向和纵向尺寸。其中，外 延层厚和掺杂浓度的控制是纵向微细加 工的重要组成部分；薄层外延能使p-n结 隔离或氧化物隔离的横向扩展尺寸大为 减小。
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HCl腐蚀 H2冲洗 降温 N2冲洗
10L/min 10min 260L/min 1min 6min
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外延生长程序
(1)N2 预冲洗 260L/min 4min 260L/min 5min (2)H2 预冲洗 (3)升温 1 850C 5min (4)升温 2 1170C 6min (5)HCl 排空 1.3L/min 1min (6)HCl 抛光 1.3L/min 3min (7)H2 冲洗(附面层) 260L/min 1min (8)外延生长: H2: 260L/min SiCl4: 6.4~7g/min PH3: 100PPM; 0.15~0.18L/min T: 1160~1190C; 时间随品种而定 1170C 1min (9)H2 冲洗 (10)降温 6min (11)N2 冲洗 4min
外延工艺简介
外延工艺简介外延工艺是一种用于生产高质量晶体的工艺方法。
它是一种将晶体生长在基底上的技术，常用于制备半导体材料和器件。
外延工艺的基本原理是在一个基底上逐渐生长新的晶体。
这个基底通常是一块具有特定晶面结构的晶体，也可以是具有较高化学稳定性的材料。
在外延工艺中，基底材料被放置在一个高温的反应室中，通过注入气体或溶液中的原材料，使其与基底发生化学反应，并形成新的晶体。
外延工艺有多种不同的方法，包括气相外延、溶液外延和分子束外延。
每种方法都有其特定的优点和适用范围。
在气相外延中，原材料以气体的形式被输入反应室，然后在高温下发生化学反应，产生新的晶体。
这种方法适用于制备大面积以及薄膜状晶体。
溶液外延是将原材料以溶液的形式注入反应室中，然后通过控制温度和压力来控制晶体的生长速度。
这种方法适用于制备柱状晶体。
分子束外延通过向基底表面瞄准束流的方法进行，使得外延的晶体具有更高的控制性和纯度。
外延工艺的应用非常广泛。
在半导体产业中，外延工艺常用于制备硅、砷化镓、磷化镓等材料。
这些材料被广泛用于制造集成电路、激光器、光电器件等。
此外，外延工艺也被用于生产光纤、太阳能电池、LED等领域。
总的来说，外延工艺是一种重要的材料制备方法，通过控制晶体的生长过程，可以制备出高质量和定制化的晶体材料。
它在半导体、光电子、能源等领域都有重要的应用，推动了这些技术的发展。
外延工艺的技术原理和应用领域外延工艺是一种重要的半导体材料制备技术，具有广泛的应用领域。
它的核心原理是通过在基底上逐层生长新晶体，从而制备出具有高质量和定制化特性的材料。
外延工艺可以用于生产许多不同类型的半导体材料，例如硅、砷化镓、磷化镓等。
这些材料是制造集成电路、光电器件、激光器、发光二极管（LED）等的关键组成部分。
外延工艺的主要方法之一是气相外延（VPE）。
在VPE过程中，原材料以气体的形式输送到高温反应室中，并与基底材料发生化学反应，最终形成新的晶体。
通过控制反应室的参数，如温度、气体流量和气氛等，可以调节晶体的生长速度和晶体的性质。
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毕业论文外延工艺的研究系电子信息工程系专业微电子技术姓名张班级微电学号1003318 指导教师张职称讲师设计时间2012.9.19－2013.1.4外延工艺的研究目录摘要............................................................................................................................................................ - 3 - 关键词........................................................................................................................................................ - 3 - 第一章引言............................................................................................................................................ - 4 - 第二章外延工艺概念.............................................................................................................................. - 5 -2.1 什么是外延................................................................................................................................. - 5 -2.2 外延的分类................................................................................................................................. - 6 - 2.2.1 气相外延. (6)2.2.2 液相外延.......................................................................................................................... - 6 -2.2.3 固相外延.......................................................................................................................... - 6 -2.2.4 分子束外延...................................................................................................................... - 6 -2.3 外延片的应用............................................................................................................................. - 7 - 第三章外延片的制备............................................................................................................................ - 7 - 第四章外延片质量测试.......................................................................................................................... - 8 - 第五章外延的发展趋势........................................................................................................................ - 10 -结语 (12)参考文献.................................................................................................................................................. - 12 -江苏信息职业技术学院毕业论文摘要本文主要讲述了外延在生产中的作用，以及它的分类。
外延产品应用于4个方面，CMOS互补金属氧化物半导体支持了要求小器件尺寸的前沿工艺。
CMOS产品是外延片的最大应用领域，并被IC制造商用于不可恢复器件工艺，包括微处理器和逻辑芯片以及存储器应用方面的闪速存储器和DRAM（动态随机存取存储器）。
分立半导体用于制造要求具有精密Si特性的元件。
“奇异”（exotic）半导体类包含一些特种产品,它们要用非Si材料，其中许多要用化合物半导体材料并入外延层中。
掩埋层半导体利用双极晶体管元件内重掺杂区进行物理隔离，这也是在外延加工中沉积的。
本文仅介绍广泛应用于半导体集成电路生产中衬底为硅材料的硅(Si)和锗硅(SiGe)外延工艺。
关键词：外延工艺；半导体；集成电路；芯片- 3 -外延工艺的研究第一章引言外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型，量子阱，N型三个部分构成。
现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石，硅，碳化硅三种，量子阱一般为5个，通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。
这是LED产业的核心部分，需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。
外延产品外延产品应用于4个方面，CMOS互补金属氧化物半导体支持了要求小器件尺寸的前沿工艺。
CMOS产品是外延片的最大应用领域，并被IC制造商用于不可恢复器件工艺，包括微处理器和逻辑芯片以及存储器应用方面的闪速存储器和DRAM（动态随机存取存储器）。
分立半导体用于制造要求具有精密Si特性的元件。
“奇异”（exotic）半导体类包含一些特种产品,它们要用非Si材料，其中许多要用化合物半导体材料并入外延层中。
掩埋层半导体利用双极晶体管元件内重掺杂区进行物理隔离，这也是在外延加工中沉积的。
上世纪90年代中期，CMOS外延片用量增加的趋势已经出现。
1997～1998年间，半导体“滑坡”，IC公司按器件工艺“蓝图”（最小线宽缩小速率）更好利用Si 表面“现实”状态。
无线和因特网应用的急剧增长，推动200mm和300mm晶片工艺向0.18μm及更小尺寸方面发展，其中许多（器件）并入了复杂的单芯片/一个芯片上的系统。
为达到所需器件性能和成本率目标，外延片优于抛光片，因为外延片的缺陷密度低、吸杂性能好，电学性能（如锁存效应）也好，且易于制造。
外延片让器件制造商很自然地由200mm晶片过渡到300mm晶片而不必改变设计从而节省了时间和投资。
虽然过去两年IC市场稳步增长，但晶片制造商生产能力未跟上，晶片显得供不应求。
下一代200 mm和300 mmPW要求采用新的生长工艺，而这会大大降低成品率、减少产量。
IC和器件工艺发展（最小线宽减小，缺陷密度、吸杂及晶体原生颗粒，COP等问题）与现实的低成本晶片的缺乏不相一致，这样，是选择抛光片还是外延片就提到日程上来了。
代替抛光片的办法包括经H2和Ar气氛中退火的晶片，在成本、制造重复性和产品性能方面，这两种办法是有效的。
外延片需要大批量晶体进行加工，这可使晶片制造商扩大现行衬底生产能力而很少甚至不需要添加另外的设备。
（东芝陶瓷信越半导体、MEMC电子材料公司，瓦克Siltronic公司等）晶片制造商已提出若干新的外延工艺以解决COP和吸杂问题，同时要努力降低成本和提高产量。
江苏信息职业技术学院毕业论文第二章外延工艺概念2.1 什么是外延外延(epitaxy)是在单晶衬底上生长一层单晶膜的技术。
新生单晶层按衬底晶相延- 5 -外延工艺的研究伸生长，并称此为外延层。
长了外延层的衬底称为外延片。
外延时，通入含有一定硅源的氢气流，并流经被高频感应加热的硅片表面，当条件适当时便会在其上外延成膜。
2.2 外延的分类气相外延；液相外延；固相外延；分子束外延2.2.1 气相外延：在气相状态下，将半导体材料淀积在单晶片上，使它沿着单晶片的结晶轴方向生长出一层厚度和电阻率合乎要求的单晶层，这一工艺称为气相外延。
其特点有（1）外延生长温度高，生长时间长，因而可以制造较厚的外延层；（2）在外延过程中可以任意改变杂质的浓度和导电类型。
工业生产常用的气相外延工艺有：四氯化硅（锗）外延，硅（锗）烷外延、三氯氢硅及二氯二氢硅等（二氯二氢硅具有淀积温度低，沉积速度快，淀积成膜均匀等优点）外延等。
2.2.2 液相外延：液相外延【liquid phase epitaxy】由溶液中析出固相物质并沉积在衬底上生成单晶薄层的方法。
液相外延由尼尔松于1963年发明，成为化合物半导体单晶薄层的主要生长方法，被广泛的用于电子器件的生产上。
薄层材料和衬底材料相同的称为同质外延，反之称为异质外延。
液相外延可分为倾斜法、垂直法和滑舟法三种，其中倾斜法是在生长开始前，使石英管内的石英容器向某一方向倾斜，并将溶液和衬底分别放在容器内的两端；垂直法是在生长开始前，将溶液放在石墨坩锅中，而将衬底放在位于溶液上方的衬底架上；滑舟法是指外延生长过程在具有多个溶液槽的滑动石墨舟内进行。
在外延生长过程中，可以通过四种方法进行溶液冷却：平衡法、突冷法、过冷法和两相法。
它具有如下的优点：1）生长设备比较简单，；2）有较高的生长速率；3）掺杂剂选择范围广；4）晶体完整性好，外延层位错密度较衬底低；5）晶体纯度高，生长系统中没有剧毒和强腐蚀性的原料及产物，操作安全、简便等。
2.2.3 固相外延：利用固态相变原理,采用常规设备和真空保护气氛两步热处理方法,在硅单晶衬底上形成大面积连续、均匀的二硅化镍单晶薄膜.应用电子通道分析技术和电子衍射技术,研究二硅化镍单晶薄膜晶格完整性,指出上述形成NiSi_2的方法相对通常仅用真空或保护气氛热处理的方法而言,兼具高效率和高晶格完整性的优点2.2.4 分子束外延：分子束外延的英文缩写为ＭＢＥ，这是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。