外延技术
外延技术介绍
20台
10台 15台 30台 10台 6台
100
50 73 145 50 30
2013年中国大陆外延分布
西三角 MOCVD 产能
西安中为
华新丽华
2台
20台
100
100
2013年中国大陆外延分布
闽赣 MOCVD 厦门三安 厦门乾照 晶能 长城开发 22台 9台 50台 30台 产能 107 44 240 145
源供给 系统
金属有机化学汽相沉积（MOCVD）
1.以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族 元素的氢化物等作为晶体生长源材料
MOCVD原理
2.以热分解反应方式和高温还原反应的方式在 衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、ⅡⅥ族化合物的薄层单晶材料。
金属有机化学气相沉积（MOCVD）
单晶制作： 以Si/SiC为衬底
NH3:(500ml/min) TGM: 15μmol/min
标准的GaN外延生长
1.炉温1150℃
三：退火
2.切断Ga和N源 3.时间7min
GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
标准的GaN外延生长
1.炉温1160℃
四：长单晶GaN
2.时间3min 3.TMGaN ,H2 HN3
1.炉温750℃和1160 ℃
六：长多量子阱 MQW
2.时间80min 3.长8个MQW
MQW层120nm N型GaN层2.5 μm GaN层0.5 μm GaN缓冲层30nm
Al2O3 (430±5μm)
一层长InGaN（2nm），再 长一层GaN（14nm），连续 长8个InGaN和GaN(16nm)
2013年中国大陆外延分布
第八章 外延
根据向衬底输运外延材料的原子的方法不同
真空外延、气相外延、液相外延
液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里， 降低温度析出硅膜。
根据相变过程
气相外延、液相外延、固相外延、
对于硅外延，应用最广泛的是气相外延
以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,为反应气体, 在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在 加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等
气相外延法生长Si半导体膜所用原料气体、反 应式、生长温度及所属反应类型
以SiCL4为例说明其生长机理
氢(H2)气携带四氯化硅(SiCl4) 进入置有硅衬底的反应室，在 反应室进行高温化学反应，使含硅反应气体还原或热分解， 所产生的硅原子在衬底硅表面上外延生长。
硅片上外延生长硅
Si Cl Cl
§8.6 分子束外延
分子束外延(MBE)，是在高真空(优于1.33×10-8Pa)环境中利用分子/原子 束流在加热的衬底上形成外延层，它属于蒸发工艺。在MBE过程中，分 子或原子的自由程足够大，以至嫁接上的原子或分子运动本质上具有弹 道的特性而没有气相反应。BME为二维生长，受表面动力学和扩散机制 控制。
Ce x Ce0 1 e
x
(7.6)
其中Ceo为稳态时外延层中的杂质浓度，即对应于无限厚处 的杂质浓度。如果在掺杂衬底上生长掺杂外延层，那么， 杂质的最终分布应是上述两种情况的叠加：
Ce x Cs e
x
Ce0 1 e
x
(7.7)
其中 “+”和“-”分别对应n/n+(p/p+)和p/n+(n/p+)型外延片。
外延技术a
本讲重点
•基本概念 • 外延生长，同质外延，共度 •重点理解 • 硅外延的制作工艺
物，刻蚀产生的聚合物，一些金属颗粒，
氧化层等
衬底清洁方法：
湿法化学清洗（RCA清洗）：在一系列的溶液中浸泡。
（1）去除有机残留物：在氧化/缓冲溶液中去除，典型
的溶液是氨水、双氧水、水按5:1:1的体积比混合，在 清洗槽中70-80℃下进行。 （ 2 ）去除重碱离子和阳离子：在含卤素溶液中去除， 通常将水、盐酸、双氧水按 6:1:1混合加热到 75-80℃
(2) 硅氯化物在加热的硅衬底表面与氢气反应还原出
硅原子淀积在硅表面上。其反应为： SiCl4十2H2＝Si十4HCl 气体分子中氯原子的数目越少，所需的反应温度 越低，现在 SiH2Cl2 （ DCS ）成为普遍使用的反应源。
硅氯化物外延生长的可能机理： （1）氢控制机理：淀积速率受限于氢从圆片表面 释放的过程。在此模型中，大部分硅表面被 H 附着， 这些H必须在硅原子彼此结合之前从表面释放出来。 （2）HCl控制机理：低温下是HCl，而不是H的 解吸附是限制生长速度的过程。 （3）SiCl2物理吸附机理
2）电学方法：四探针测量法，C-V分析法， 扩展电阻法，染色法等
选择性生长 不问类型的衬底，外延生长晶粒的成核速 度遵循这样的次序，SiO2<Si3N4<Si
低压，SiH2Cl2与HCl的混合气体生长
GaAs外延生长：
条件：衬底温度650～800℃ 固体As＋H2需要800～850℃
异质外延：
生长过程：利用化学气体反应后产生硅原子吸附于基体表
面，并移动到适当的晶格位置生长而成。 常用的反应气体：SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH4等。
半导体工艺生长和外延
半导体工艺生长和外延半导体工艺生长和外延是制造高性能芯片和器件的关键步骤。
在半导体行业中，这两个工艺技术是不可或缺的，它们通过精确控制材料的生长和组织结构来实现半导体晶体的制备。
生长技术是指在特定条件下，通过化学反应或物理沉积的方式，在晶体结构上添加新的材料，从而形成所需的半导体结构。
这种技术主要应用于半导体材料的生长和薄膜的制备。
工艺生长技术的优点是可以控制材料的成分、形貌和尺寸，并且可以实现高纯度的材料生长。
通过不同的生长方法，如化学气相沉积、物理气相沉积和分子束外延等，可以得到所需的晶体结构和性能。
而外延技术是在晶体基底上生长一层新的晶体结构。
这种技术可以通过在晶体表面摆放原子层，逐渐增加晶体结构的大小和复杂度，形成高质量的外延层。
外延可以用于制备半导体器件中的最薄组件，如栅压敏感器和光电二极管等。
半导体工艺生长和外延在半导体行业中具有重要的应用，对于高性能芯片和器件的制造至关重要。
通过生长技术，可以控制材料的成分和尺寸，从而实现特定的电学和物理性能。
而外延技术则可以使晶体结构更加完美，提高材料的品质和器件的性能。
这两种技术的结合，可以实现对半导体材料和器件的精细调控，为现代科技的发展提供了有力的支持。
在实际应用中，半导体工艺生长和外延需要严格控制各种参数和条件，确保材料的均匀性和一致性。
同时，对于不同的材料体系和器件结构，需要选择合适的生长和外延方法，从而实现最佳的性能和效果。
因此，在半导体工艺生长和外延的研究中，需要结合理论模拟和实验验证，不断优化和改进技术，为半导体行业的发展提供新的突破和支持。
总而言之，半导体工艺生长和外延是制造高性能芯片和器件的核心技术。
通过精确控制材料的生长和组织结构，可以实现半导体晶体的制备和性能调控。
这两种技术的发展和应用，将推动半导体行业的创新和进步，为人类社会的科技发展带来更多的机遇和挑战。
第六章 外延技术
以上反应均在气相完成，硅的析出源于如下反应：
SiCl ( g ) + 2 H 2 → Si (s ) + 4 HCl ( g )
实际的反应 SiCl 4 + H 2 ↔ SiHCl 3 + HCl
2 SiCl 2 ↔ Si + SiCl 4
SiCl 2 + H 2 ↔ Si + 2 HCl
所有的反应都是可逆的，上述反应的综合结果依反 应剂浓度可以是外延的生长或衬底的腐蚀
——（1） ——（2）
SiCl 4 + Si ↔ 2 SiCl 2
受两个过程限制：氢还原吸出硅的过程；释放出硅 原子形成单晶的过程；最慢的一个决定生长速率 当SiCl4浓度较低时，反应1起主导作用，外延层不 断增厚；随着Y增加，反应2作用逐渐加强； 当SiCl4的浓度增加到一定程度时，化学反应释放硅 的速度大于硅原子在表面排列的速度 当SiCl4的浓度增加到0.27时逆向反应发生，硅被腐 蚀，增加到0.28时，只有腐蚀 硅烷和氯硅烷的根本不同在于反应不可逆
合肥工业大学 理学院 张彦
二号液：HCl:H2O2:H2O=1:1:6 SC-2的主要作用是去除金属离子，利用HCl与金 属离子的化合作用来有效去除金属离子的沾污 三号液：H2SO4:H2O2=4:1 SC-3的主要作用是去除有机物（主要是残留的 光刻胶），利用的强氧化性来破坏有机物中碳氢 键 稀释的HF(DHF)：HF:H2O=1:50或1:100 DHF的主要作用是去除自然氧化层
生长速率还与反应腔横截面形状和衬底晶 向有关
不同晶面的键密度不同，键合能力存在差别； ——（111）晶面的双层原子面之间的共价键密度 最小，键合能力差，故外延速率最慢； ——（110）晶面之间的原子键密度大，键合强， 外延生长速率就快。
深沟槽与多次外延的区别
深沟槽与多次外延的区别深沟槽与多次外延是半导体制造领域中的两种常见技术，它们在晶体生长和器件加工过程中扮演着重要的角色。
本文将详细探讨这两种技术的区别。
****在半导体的世界里，微观结构的精确控制是提升器件性能的关键。
深沟槽和多次外延作为两种常用的晶体生长技术，各自具有独特的特点和应用场景。
了解它们的区别，对于优化半导体器件的设计与制造具有重要意义。
**深沟槽技术：**深沟槽技术主要是指在半导体材料上，通过刻蚀等工艺形成较深的沟槽结构。
这种技术通常用于以下方面：1.**隔离作用**：深沟槽可用于形成隔离区，以防止相邻器件之间的电信号干扰。
2.**载流子控制**：通过改变沟槽的深度和形状，可以控制载流子的运动轨迹，提高器件的电子或空穴传输效率。
3.**应力引入**：深沟槽还可以通过引入应力来改变材料的能带结构，进而影响器件的性能。
**特点：**- 需要精确的刻蚀控制技术。
- 沟槽深度较大，一般可达几微米甚至更深。
- 通常用于对隔离和应力控制要求较高的器件。
**多次外延技术：**多次外延技术则是指在外延生长过程中，通过多次生长不同的材料层，以达到特定的结构和性能要求。
这种技术的主要应用包括：1.**材料组合**：多次外延可以生长不同材料的组合，以满足复杂器件结构的要求。
2.**量子阱结构**：在光电子器件中，多次外延可用于形成量子阱结构，以调节发光波长。
3.**异质结界面**：通过多次外延，可以形成高质量的异质结界面，这对于提高器件的电子迁移率至关重要。
**特点：**- 需要复杂的外延生长工艺。
- 可以实现多种材料层的精确堆叠。
- 常用于对材料质量和界面质量要求较高的器件。
**深沟槽与多次外延的区别：**1.**技术本质**：深沟槽是一种加工技术，主要改变的是材料的几何结构；多次外延则是一种生长技术，侧重于材料层的质量和界面控制。
2.**应用领域**：深沟槽技术在隔离、应力引入等方面有优势；多次外延技术则在材料组合、异质结界面控制等方面表现出色。
简述硅外延的主要原理
简述硅外延的主要原理
硅外延技术是一种在硅晶体表面上沉积薄膜的方法，使得薄膜具有与其基底相同的晶格结构和晶体质量。
其主要原理包括以下几点：
1. 基底选择：硅外延通常使用具有与基底相同晶格常数的硅衬底作为基底材料。
2. 反应源：在反应室中，使用三氯硅烷（SiHCl3）和二甲基硅烷（SiH2(CH3)2）等类似化学物质作为反应源。
这些化学物质被分解成硅原子，在基底表面上沉积形成薄膜。
3. 气氛控制：在反应室中，通过控制气氛的温度和压力，以及气体流量的控制，确保反应的稳定性和薄膜的质量。
4. 沉积过程：反应源在基底表面附近分解，生成硅原子。
硅原子沉积在基底表面，并成为新的晶格点，扩展基底的晶体结构。
通过连续的沉积过程，薄膜的厚度逐渐增加。
5. 控制薄膜特性：通过控制沉积速率、温度和气氛参数，可以调节硅外延薄膜的厚度、晶体质量和杂质浓度等特性。
总之，硅外延的主要原理是利用反应源中的硅化合物在基底表面上沉积成硅薄膜，使其具有与基底相同的晶体结构和质量。
这种技术在半导体制造中具有广泛的应
用。
外延的定义和应用
绪论
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）
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
选择性外延（SEG）
横向外延（ELO）
7.6 SOS及SOI技术
SOI—— Silicon On Insulator 或Semiconductor On Insulator， 意思是绝缘层上硅。
SOS—— Silicon On Sapphire 或Semiconductor On Spinel，意 思是蓝宝石上硅或尖晶石上硅。
7.2.3 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。
7.2 外延层的杂质分布
7.2.1 掺杂原理
①淀积过程(与外延相比) 相似：输运控制和反应控制 不同：动力学性质 ②掺入效率：与T、v、U以及杂
质剂的摩尔分数等有关。 ③掺杂源：B2H6、PH3、AsH3。
7.2.2 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；
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。
碳化硅外延目前达到的技术水平
碳化硅外延目前达到的技术水平碳化硅（SiC）外延是制备高性能碳化硅器件的关键技术之一，其技术水平直接关系到器件的性能和可靠性。
目前，碳化硅外延技术已经达到了相当高的水平，以下是其中的一些重要进展和特点：1. 高质量外延层：通过先进的生长技术和优化的生长条件，研究人员已经成功地制备出了高质量的碳化硅外延层。
这些外延层具有低缺陷密度、高掺杂均匀性和良好的表面形貌，能够显著提高器件的性能和可靠性。
2. 大尺寸外延片：随着碳化硅器件市场的不断扩大，对大尺寸外延片的需求也日益增加。
目前，国内外的研究机构和企业已经成功地制备出了8英寸（200mm）以上的碳化硅外延片，并逐渐向商业化生产迈进。
3. 厚膜外延技术：为了满足电力电子器件和高功率应用的需求，研究人员开发出了厚膜外延技术。
这种技术可以在碳化硅衬底上制备出较厚的外延层，从而提高器件的耐压和电流容量。
同时，厚膜外延技术还可以降低器件的导通电阻和开关损耗，提高其工作频率和效率。
4. 异质外延技术：在碳化硅材料体系中，由于存在同质外延和非同质外延两种生长模式，研究人员开发出了异质外延技术。
这种技术可以在碳化硅衬底上制备出与衬底晶格匹配的外延层，从而降低缺陷密度和应力，提高外延层的完整性和均匀性。
5. 化学气相沉积技术：化学气相沉积技术是制备碳化硅外延层的主要方法之一。
研究人员不断优化生长条件和化学气相沉积技术，以提高外延层的生长速度、均匀性和掺杂浓度等方面。
同时，还探索了新型的化学气相沉积技术和反应机理，以进一步降低缺陷和杂质的影响。
总之，碳化硅外延技术已经取得了显著的进展，为高性能碳化硅器件的制备提供了有力支持。
未来，随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，碳化硅外延技术还将继续发展和优化。
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
分子束外延技术名词解释
分子束外延技术名词解释
分子束外延技术是一项先进的材料制备技术，它将分子束外延过程作为基础，能够d制备复杂、具有特殊性质的材料。
根据不同的过程和材料类型，分子束外延技术也有多种名称，以下是其中常见的几种名词：
1、外延：外延是分子束外延技术的核心过程，是一种利用高能量的原子或分子束经由固体源向薄膜表面沉积原子或分子的过程。
2、表面外延：表面外延是一种利用原子或分子束经由表面孔洞或晶体缺陷沉积原子或分子的过程。
3、溶胶流外延：溶胶流外延是一种以溶胶流形式将原子或分子束沉积在表面上的过程。
4、热外延：热外延是一种将高温原子或分子束沉积在表面上的过程。
5、多层外延：多层外延是一种依次按层次将原子或分子束沉积在表面上的过程。
6、化学外延：化学外延是一种将原子或分子束以化学反应的方式沉积在表面上的过程。
7、多维外延：多维外延是一种能够使材料在多个方向上生长的外延过程。
- 1 -。
半导体外延技术基本原理
半导体外延技术：突破新时代的先驱半导体外延技术是指在一种晶体基底上通过生长的方法，制备出具有其他晶体结构和组分的薄膜。
它作为现代电子技术中的一个重要分支，极大地拓展了半导体材料的种类和应用领域，成为推动信息产业快速发展的关键支撑技术之一。
本文将从外延生长的基本原理、外延材料的种类及其特点、外延膜的表征方法等方面进行介绍。
一、外延生长的基本原理外延生长的基本原理是将原材料在晶体生长介质表面上沉积并由此形成新晶体的生长过程。
晶体生长方式有三种，即气相、液相及固相生长。
气相生长是将气体混合物通过催化剂作用，沉积在晶体基底上，形成一层新晶体。
液相生长是将置于基底上的生长介质在高温或压力下熔融，然后逐渐冷却，从而得到一片新的晶体。
固相生长是将硫酸铜等物质溶解在水溶液中，通过浸没样品逐渐形成靠近基底的新片晶体。
其中，气相生长被广泛应用在半导体外延技术中。
二、外延材料的种类及其特点不同外延材料的选用对外延生长膜的性质、品质及功效有着直接的影响。
外延材料可以分为硅、砷化镓、氮化镓等几类。
其中，硅的单晶在电子学器件中应用较广泛，它具有良好的稳定性、结构简单、制备工艺成熟等特点。
砷化镓和氮化镓则因其大的能隙、高速度、较小的噪声系数和较好的高电子迁移率而被广泛应用于微波等高频电子器件。
此外，氮化镓还因具有优越的光电特性，被广泛应用于LED、LD 等光电领域。
三、外延膜的表征方法外延生长的薄膜在应用过程中需要对其各种性能进行表征。
常用的表征方法有XRD衍射技术、AFM原子力显微成像技术、SEM扫描电镜技术、SIMS静电质谱技术等。
其中，XRD衍射技术可以清晰地表征薄膜的颗粒尺寸、结晶度、拓扑结构等信息；AFM原子力显微成像技术则可以清晰地观察薄膜表面形貌，确定其光学和机械性能；SEM扫描电镜技术则可以对薄膜的表面形貌、粗糙度、微观孔洞、表面缺陷等进行表征。
总之，半导体外延技术具有重要的发展意义和应用价值，通过对其基本原理、外延材料的种类及其特点、外延膜的表征方法等方面进行深入了解，有助于更好地推动半导体外延技术的发展。
外延技术
作用是将硅基片表面残存的氧化物（SiOx） 以及晶格不完整的硅腐蚀去掉，露出新鲜 和有完整晶格的硅表面，利于硅外延成核， 而且使衬底硅和外延层硅之间键合良好， 避免衬底硅表面缺陷向外延层中延伸。
工艺
反应剂有：SiCl4、SiHCl3、 SiH2Cl2、 SiH4，气态反 应剂可稀释后直接通入，而液态反应剂是装在源瓶中， 用稀释气体携带进入反应器。 掺杂剂一般选用含掺杂元素的气态化合物，如PH3、 B2H6、AsH3 SiH4为反应剂， PH3为掺杂剂： SiH4（H2） Si+2H2↑ 2PH3（H2） P+6H2↑ SiH4在主流气体中只百分之几；PH3也用氢气稀释至 十~五十倍。
选择外延（Selective epitaxial growth，SEG）
•如何实现？ 根据硅在绝缘体上很难核化成膜的特性，在硅表面的特 定区域生长外延层而其它区域不生长的技术。 外延生长晶粒成核速度 SiO2〈Si3N4〈Si •Cl或HCl作用： 利用氧化物表面的高清洁性和源中存在足够的Cl或HCl提高 原子的活动性，以抑制气相中和掩蔽层表面处成核；Cl↑，选 择性↑，因为HCl可将在氧化物表面形成的小团的硅刻蚀掉； •三种类型： 1.以Si为衬底，以SiO2或Si3N4为掩膜，在暴露的硅窗口内 生长外延；或在暴露的硅窗口内生长外延，在掩膜生长PolySi； 2.同样以Si为衬底，以SiO2或Si3N4为掩膜，在暴露的硅衬 底上刻图形，再生长外延； 3.沟槽处外延生长
气相质量传递过程
边界层指基座 表面垂直于气 流方向上，气 流速度、反应 剂浓度、温度 受到扰动的薄 气体层。 基座表面做成 斜坡状，和气 流方向呈一定 角度，α角一般 在3~10°。
外延技术讲座
• 装片 • 赶气 • 升温(850ºC) • 烘烤6’ • 升温(1180ºÇ) • HCL腐蚀 • 赶气 • 外延沉积 • 赶气并降温 • N2赶气(3’) • 取片
Page 8
外延工艺---EPITAXY PROCESS
5.HCL腐蚀旳作用
• 清洁表面降低缺陷 • 降低前工艺所引入旳损伤，降低和消除晶
温度对shift旳影响
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shift
外延工艺---EPITAXY PROCESS
生长速率对shift旳影响
0.8
0.7
(111)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Groth rate
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外延工艺---EPITAXY PROCESS
5).降低畸变和漂移旳措施
• 分析手段： 显微镜、干涉相衬显微镜、 uv灯 、扫描电镜、表面沾污扫描仪
Page 12
外延工艺---EPITAXY PROCESS
缺陷旳显示
• 对于(111)取向： Sirtl： HF：5m CrO3=1:1
• 对于(100)取向： Wright：a. 45gCrO3+90mlH2O
b.6gCU(NO3)+180mlH2O c.90mlHNO3+180mlHAC+180mlH
不同型号，不同电阻率和厚度旳外延层。
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外延工艺---EPITAXY PROCESS
CMOS电路旳latch-up效应
用重掺衬底加外延能够减小这效应
Rs
Rw
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《外延及CVD工艺》课件
01
外延及CVD工艺 在LED中的应用
外延及CVD工艺在GaN基LED中的应用
总结词
广泛使用、技术成熟
详细描述
GaN基LED是当前应用最广泛的LED类型之一，外延及CVD工艺在GaN基LED中 得到了广泛的应用。通过精确控制外延层的生长条件，可以获得高质量的GaN基 材料，进而提高LED的光效和可靠性。
总结词
高温工作、高频率
详细描述
SiC基LED具有高温工作、高频率等优点，被应用于高温、高频和高功率电子器件领域。外延及CVD工艺在SiC基 LED中同样占据重要地位，通过优化生长条件可以获得高质量的SiC材料，提高LED的稳定性和可靠性。
01
外延及CVD工艺 的发展前景与挑战
外延及CVD工艺的发展前景
光学镀膜
用于制造光学镜头、眼 镜片、太阳能集热管等
。
陶瓷材料
用于制造陶瓷轴承、密 封件、热敏电阻等。
金属表面处理
用于提高金属表面的耐 磨性、耐腐蚀性和抗疲
劳性能等。
01
外延及CVD工艺 在太阳能电池中的
应用
外延及CVD工艺在硅基太阳能电池中的应用
总结词
硅基太阳能电池是当前光伏市场的主流产品，外延及CVD工艺在硅基太阳能电池制造中起到关键作用 。
详细描述
外延及CVD工艺在硅基太阳能电池制造中主要用于形成高质量的硅薄膜，控制薄膜的晶体结构和缺陷 密度，提高电池的光电转换效率。通过精确控制反应气体流量、温度、压力等参数，可以获得具有优 良性能的硅薄膜，进一步优化太阳能电池的性能。
外延及CVD工艺在薄膜太阳能电池中的应用
总结词
薄膜太阳能电池是下一代太阳能电池的 重要发展方向，外延及CVD工艺在薄膜 太阳能电池制备中具有广阔的应用前景 。
外延生长技术意义
写下晶体外延的意义，列举三种外延生长方法，并表明各自的优缺点。
得出光刻的促进作用，光铸有哪两种曝光方式。
答案：外延意义：用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。
外延方法：液态生长，气相外延生长，金属有机物气相外延生长(1)液态生长：最简单最廉价的外延生长方法，但其外延层的质量不低(2)气相外延生长：技术明朗，能够较好地掌控薄膜厚度、杂质浓度和晶体完整性，但对外延层参杂情况的掌控比较容易。
(3)金属有机物气相外延生长：movpe与其它vpe不同之处是它就是一种冷壁工艺，只要将衬底掌控至一定温度就行了。
光刻作用：把掩膜上的图形转换成晶圆上的器件结构。
曝光方式有接触与非接触两种。
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小组成员：秦奋，王昌赢，杨飒，张德清
主要内容
外延技术简介 外延技术分类 气相外延技术 分子束外延 外延技术应用前景
外延技术简介 概念：在微电子工艺中，外延是指在单
晶衬底上，用物理的或化学的方法，按 衬底晶向排列（生长）单晶膜的工艺过 程。
应用：
外延生长的新单晶层可在 导电类型、电阻率等方面 与衬底不同，还可以生长 不同厚度和不同要求的多 层单晶 应用于高频大功率器件，提高器 件设计的灵活性和性能
外延技术应用前景
近几年来，器件性能要求不断提高，器件设计正向尺寸微 型化、结构新颖化、空间低维化、能量量子化方向发展。MBE 作为不可缺少的工艺和手段，正在二维电子气（2DEG）、多量 子阱（QW）和量子线、量子点等到新型结构研究中建立奇功。 分子束外延，金属有机化合物汽相淀积等先进的超薄层材 料生长技术是许多光电器件与微电子、微波毫米波器件的关键 技术，主要包括激光器，光电探测器，光纤传感器，电荷，耦 合器件(CCD)摄像系统和平板显示系统等。它们被广泛地应用 于雷达、定向武器、制导寻的器、红外夜视探测、通信、机载 舰载车载的显示系统以及导弹火控、雷达声纳系统等。
应用于大规模集成电路，实现PN 结的隔离，并且改善材料质量
外延技术分类
气相外延 气相外延工艺成熟，可很好的控制薄膜厚度，杂质 浓度和晶格的完整性，在硅工艺中一直占主导地位
液相外延
有较高的生长速率，晶体完整性好纯度高，操作安 全、简便，但是当外延层与衬底晶格常数差大于1% 时，不能进行很好的生长。而且外延层表面一般不 如气相外延好。
气相外延设备示意图
外延生长工艺流程：
N2预冲洗→H2预冲洗→升温至850℃→通入 HCL→升温至1170℃→HCl排空→HCl抛光→H2冲洗 附面层→外延生长（通入反应剂及掺杂剂）→H2 冲洗1170℃→降温→N2冲洗
气相外延设备示意图
分子束外延MBE 原理：在超高真空条件下，由装有各种所需组分
装置：气相外延生长使用高频感应炉加热，衬底置于包有碳化硅、玻璃态
石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上，然后放进石英反应器中。为了制备 优质的外延层，必须保证原料的纯度。对于硅外延生长，氢气必须用钯管或 分子筛等加以净化,使露点在-7℃以下；为获得平整的表面，衬底必须严格抛 光并防止表面有颗粒或化学物质的沾污；在外延生长前，反应管内在高温下 用干燥氯化氢、溴或溴化氢进行原位抛光，以减少层错缺陷; 为得到重复均 匀的厚度和掺杂浓度分布，还须控制温度分布和选择合适的气流模型。
谢谢
的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分 子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上， 同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按 晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。
技术难点：
分子束外延设备昂贵而且真空度要求很高，所以要获得超高真空以及避免 蒸发器中的杂质污染需要大量的液氮，因而提高了日常维持的费用。 MBE能对半导体异质结进行选择掺杂，调制掺杂技术使结构设计更灵活。但 同样对与控制、平滑度、稳定性和纯度有关的晶体生长参数提出了严格的 要求。 MBE技术在生长III-V族化合物超薄层时，存在两个问题：1.生长异质结时， 由于大量的原子台阶，其界面呈原子级粗糙，因而导致器件的性能恶化;2. 由于生长温度高而不能形成边缘陡峭的杂质分布，导致杂质原子的再分布 （尤其是p型杂质）。
分子束外延
使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易 于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而 迅速调整。
气相外延VPE 原理：含Si外延层材料的物质以
气相形式输运至衬底，在高温下 分解或发生化学反应，在单晶衬 底上生长出与衬底取向一致的单 晶。
Hale Waihona Puke 常用硅源• 四氯化硅 SiCl4(sil.tet)，是应用最广泛，也是研究最多的硅源-------主要应用于传统外延工艺 • 三氯硅烷 SiHCl3(TCS)，和 SiCl4类似但温度有所降低----常规外 延生长 • 二氯硅烷SiH2Cl2( DCS) ----更低温度，选择外延 • 硅烷SiH4，更适应薄外延层和低温生长要求，得到广泛应用。 • 新硅源：二硅烷Si2H6-----低温外延