外延生长工艺原理

生长速率与温度的关系 在较高高温下，取决于气体源分子转移到生长层 表面的快慢 质量转移控制。 在较底温度时，取决于生长层表面进行的化学反 应速率 表面反应控制。
外延层中的杂质分布
自掺杂：凡是非反应气体中有意掺入的杂质所引起的对外 延层施加的掺杂 原因： 1、由于外延生长必须在1000度以上的高温下进行的， 、由于外延生长必须在1000度以上的高温下进行的， 不可避免的会存在杂质的热扩散和热迁移 2、由于反应产物氯化氢对衬底的腐蚀，其中的杂质就 会释放进入外延层
降低自掺杂效应的方法
在衬底上生长一层较薄的外延层，由它盖住衬底，阻止杂 质的蒸发 外延生长前用氯化氢气相抛光 除掉衬底表面的微量污染 物。 可以经过离子注入的埋层来降低衬底表面的杂质浓度。
外延层生长缺陷
按位置分类有表面缺陷和体内缺陷 在一定的生长速率 在一定的生长速率下，晶格缺陷密度随温度的降低而增加 生长速率下，晶格缺陷密度随温度的降低而增加
外延生长工艺原理
外延生长：在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层，单晶取向 值取决于源衬底的结晶晶向。 同质外延 异质外延 外延结 扩散结 外延形成的PN结不是通过杂质补偿形成的，接近于理想的 外延形成的PN结不是通过杂质补偿形成的，接近于理想的 突变结 当衬底与外延层具有相同材料
外延层的优点
可以获得理想高质量的硅材料
可以解决CMOS集成电路的闭锁效应 可以解决CMOS集成电路的闭锁效应
CMOS闭锁效应 CMOS闭锁效应
CMOS倒相器中的寄生元器件结构
外延方法
物理气相外延 蒸发 溅射 ，化学气相外延 化学反应来激活或强化生长的过程 液相外延 金属有机CVD 金属有机CVD 淀积金属以及氧化物的多晶或无定型膜 分子束外延 淀积GaAs异质外延层 淀积GaAs异质外延层 通过
采用RFra Baidu bibliotek射频加热的理由： 采用RF射频加热的理由： RF射频加热的理由
1、升温速度快，降温速度快 2、温度稳定性好 3、射频感应加热可使反应器腔体壁温度远低于石墨基座 保证产物“择温淀积” 保证产物“择温淀积”在硅衬底上。
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外延生长的工艺环境
生长速率与浓度的关系 在硅气相淀积中，在低浓度时生长速率与浓度成 正比，高浓度时，反而降低，主要是产生了逆向腐蚀作用。
在单晶材料加工过程中，不可避免地引入严重的表面 机械损伤及表面自吸附足够多的杂质，虽然经历了切割， 研磨和抛光，也许能达到很好的光洁度和平整度，但是也 存在肉眼看不见的缺陷。
可以解决击穿电压和集电区串联电阻之间的矛盾
外延晶层制备技术的灵活性由利于提高IC集成度 外延晶层制备技术的灵活性由利于提高IC集成度 实现隔离技术：由于在进行隔离墙扩散时，横向扩散与 纵向扩散的距离几乎相等，如果外延层较厚，相应的增加 了横向扩散的距离，降低了集成度。 有利于提高少子寿命，降低IC存储单元的漏电流 有利于提高少子寿命，降低IC存储单元的漏电流 集成电路的有源区在高温的条件下常会诱生处大量的热缺 陷和微缺陷 ，这些缺陷加速了金属杂质的扩散，杂质与 微缺陷相互作用，导致漏电流增大，发生低击穿现象，功 耗增大，成品率降低。
外延技术用于MOS器件集成化可显著提高电路的速 外延技术用于MOS器件集成化可显著提高电路的速 度
提高电阻率可以提高载流子的迁移率，从而增大了 MOS电路的充放电电流，缩短了充放电时间，提高工作速 MOS电路的充放电电流，缩短了充放电时间，提高工作速 度。 减小MOS器件的电容效应，高电阻率的外延层使器件的 减小MOS器件的电容效应，高电阻率的外延层使器件的 寄生电容，扩散电容均减小，缩短了充放电时间。
在一定的淀积温度 在一定的淀积温度下，晶格缺陷又随生长速率的增加而增 淀积温度下，晶格缺陷又随生长速率的增加而增 多
硅气相外延
利用硅的气态化合物，经过化学反应在硅的表面生长一层 单晶硅，SiCl4＋2H2＝Si＋4HCl。 SiCl4＋2H2＝Si＋4HCl。
反应设备
采用卧室的反应器 应加热系统等 由石英反应腔，石墨基座，高频感
反应流程
装片 通氢气清除石英管内中空气 升温，一般为1100－ 升温，一般为1100－1200℃ 通氢气消除表面氧化层或HCl去除表面损伤层。 通氢气消除表面氧化层或HCl去除表面损伤层。 去除HCl和杂质 去除HCl和杂质 通氢气及掺杂源，获得经过掺杂的硅层 关闭氢气，恒温数分钟。 缓慢降温，300℃下可以取片 缓慢降温，300℃下可以取片