ch4薄膜沉积与外延术.docVIP

4-1.計算以SiCl4為反應氣體，各須多少時間長1μm的矽磊晶層? 1100C 800C 以及As原子在以下溫度長1μm矽磊晶時之擴散距離 1100c 800c 低溫下長矽磊晶的重要性 如何在低溫下長矽磊晶 n-type及p-type矽晶的dopant元素為何? 如何以in-situ dopant長出高品質參雜矽磊晶? (a) hg=5 cm/s ks=107exp(-1.9ev/kT) cm/s v= (kshg)/( hg+ks)(Ct/Ca)y at1100 ks=0.46 =4.1x10-3 at1100 v=2.52x10-7 cm/s =須396秒 =2.457x10-9 cm/s=須40700秒 (b) at 1100 D=3.5x10-15 800 =1.325x10-19 距離=(Dt)1/2 at1100 距離=4.01x10-8 cm 800 =7.3x10-8 cm (e) 傳統磊晶成長，是在高溫下進行，以加溫方式提供熱能來促進矽磊晶成長，近來也有為了減少熱效應，增加矽磊晶應用，而使用低溫矽磊晶製程的，如前所言，這是因為低溫矽磊晶製程，可避例如在元件縮小化時，摻入雜質因高溫擴散而重新分佈，破壞了原來的元件特性，同時也可減少晶片因熱效應而彎曲，以及可使用較不耐高溫的基材，而增加應用範圍。 (f) 低溫磊晶成長方法，包括用極低壓化學氣相沉積(Ultra-low Chemical Vapor Deposition, ULPCVD)，用SiH4為反應氣體而得；或以超高真空化學氣相沉積 (Ultra-high Vacuum UHV-CVD)系統，在500℃以下進行低溫矽磊晶成長83；另一方面，也可在超高真空系統中，以矽分子束磊晶方式，在500℃矽基座溫度以下，將矽原子堆疊而成矽磊晶84；除此之外，也有用電漿輔助化學氣相沉積 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)，在200 ℃低溫下長矽磊晶85，其主要是利用電漿源提供的能量，取代傳統使用的高溫熱能，來促進矽磊晶成長，而達到低溫矽磊晶成長的目的，如同把表面控制區的曲線斜率變小，也就是降低反應活化能，以SiH4為例，將反應活化能由Ea = 1.7eV降到0.05eV，來達到低溫磊晶成長的目的，此時好似在質傳控制區，成長速率不再和溫度及基座表面狀態有明顯的關係。除了電漿輔助化學氣相沉積，其他利用非熱能方式低溫下的矽磊晶成長方式，尚有以光子(Photo)，雷射(Laser)等非熱能形式，來促進低溫矽磊晶成長。 (g) 矽磊晶膜必須摻入某種濃度之n-型或 p-型雜質，且均勻度要好，n-型雜質是指電價數比矽多的原子，取代矽晶格中的矽後，可提供多餘電子來導電，最常見為在反應氣體中加PH3 或AsH3 86-88；使得矽晶中摻有P及As雜質，反之，p-型雜質是指電價數比矽少的原子，取代矽晶格中的矽後可提供電洞來導電，最常見為在反應氣體中加B2H6，使得矽晶中摻有B雜質，摻入雜質的方法，除了在反應氣體中摻加PH3，AsH3，及B2H6等含劇毒性氣體，直接長成n-型或p-型磊晶外，也可利用離子佈植，固態擴散等方式來達成。 臨場(in-situ)摻入雜質的方式，是在長複晶矽時直接加入摻入雜質氣源(Doping Gas)於反應氣體中，而直接長n-或p-型複型矽。108 這種方法雖然直接，但是因為膜厚控制，摻入雜質均勻度，以及沉積速率，都會因摻入雜質量的不同而有所改變，一般而言，加B2H6來長p-型複晶，會造成沉積速率的增加，而用來長n-型的 PH3 及AsH3，則會降低沉積速率。而且晶粒大小，方向也會因而改變。另外必須注意的是，在後續退火時或之前，表面必須蓋上一層氧化層，以避免摻入雜質由表面向外擴散，但是若複晶成長溫度夠高，且阻值夠低，則可省去高溫退火 4-2.有一直徑10吋的長晶爐管，流量計顯示氣流量為1l/min，所通入的氣體體積比為98﹪H2，2﹪SiCl4，當時的反應器溫度為1200℃，矽基座為8吋晶圓，計算 (a)平均障礙層厚度為何？ (b)通入氣體中SiCl4的濃度(molecules/cm3)為何？ (c)基座表面SiCl4氣流量為何？ (d)矽磊晶成長速率為何？假設此矽磊晶成長為在質傳控制區。 (e)假設有10片晶圓在反應爐管裡，而每片晶圓的長晶速率相同，如 (d)，則在出氣口有多少SiCl4？ 其中μH2 = 2.2 x 10-4 g/cm-s，ρH2 = 1.8 x 10-5 g/cm3 Ans：