微电子工艺-PRINT.pptVIP

超高真空度达10-9~10-11Torr ，外延过程污染少，外延层洁净。 温度低，(100)Si 最低外延温度400~800 ℃ ，所以无杂质的再分布现象。 外延分子由喷射炉喷出，速率可调，易于控制，可瞬间开/停，能生长极薄外延层，厚度可薄至?量级。 * 设备上有多个喷射口，可生长多层、杂质分布复杂的外延层，最多层数可达104层。 在整个外延过程中全程监控，外延层质量高。 MBE多用于外延结构复杂、外延层薄的异质外延。 设备复杂、价格昂贵，生产效率低 * 3.4.1 液相外延 3.4.2 固相外延 3.4.3 先进外延技术及发展趋势 * 液相外延是利用溶液的饱和溶解度随温度的变化而变化，使溶液结晶析出在衬底上进行外延的方法。 硅的液相外延是采用低熔点金属作为溶剂，常用的溶剂有锡、铋、铅及其合金等。 硅的液相外延是将硅溶入锡中，在949℃时溶液饱和，当降低温度10-30℃时溶液过饱和，硅析出，在单晶硅衬底上生长出外延层。 * * 通用水平滑动式LPE系统示意图 相对于VPE和MBE而言，LPE生长速率快，安全性高；工艺温度低、互扩散效应也就不严重，而且没有自掺杂效应，所以杂质再分布现象弱。 相对于MBE而言设备简单，工艺成本较低， 在制备厚的硅外延层时常被采用。 外延表面形貌一般。 固相外延 是将晶体衬底上的非晶或多晶薄膜（或区域）在高温下退火，使其转化为单晶 。 离子注入时，损伤造成的非晶区和非晶层经退火晶化过程就是固相外延。 SPE工艺的关键是工艺温度和保温时间。 * 1、超高真空化学汽相淀积 1986年由IBM提出，生长室气压可达10 - 7 Pa，源SiH4，衬底为晶格完好的单晶硅，在600~750℃之间，甚至更低温度淀积薄膜为单晶硅 优势： 工艺温度低，制备杂质陡变分布的薄外延层； 真空度高，减少了残余气体带来的污染； 设备操作维护比较简单，易于实现批量生产。 目前已广泛应用于产业界 * 例：GaAs/Si外延 当前较成熟的方法是直接生长法，两步MBE外延工艺过程： As气氛中，约900℃热处理； 一步生长，150-400℃是生长厚约20nm的非晶GaAs缓冲层； 二步生长是单晶生长，450-600℃在此期间一步生长的非晶也转化为单晶 T/℃ t/min 一步 二步 预处理 GaAs/Si外延工艺 2、金属有机物汽相外延 Metal organic vapor phase epitaxy （ 金属有机物化学气相淀积MOCVD） 主要制备化合物半导体单晶薄膜 * 3、化学束外延（chemical beam epitaxy, CBE） 20世纪80年代中期，综合MBE的超高真空条件下的束流外延可以原位监测及MOCVD的气态源等优点。 与CBE相关的还有气态源分子束外延 (GSMBE)和金属有机化合物分子束外延(MOMBE)。 * 外延层质量直接关系到做在它上面的各种器件的性能，所以应检测、分析外延层缺陷及产生原因，并对外延层特征量进行测试： 3.5.1 外延缺陷类型及分析检测 3.5.2 图形漂移和畸变现象 3.5.3 外延层参数测量 * 外延层中的缺陷有表面缺陷和内部晶格结构缺陷（体内缺陷）。通常体内缺陷会显现在表面。 表面缺陷：云雾状表面、角锥体、表面突起、划痕、星状体、麻坑等。 体内缺陷： 层错 位错 线缺陷 外延层 （111）衬底 划痕 点缺陷 角锥体 层错 * 雾状表面缺陷 ①雾圈 ②白雾 ③残迹 ④花雾 ①雾圈 ②白雾 ③残迹 ④花雾 * 星形线（滑移线） 划痕：由机械损伤引起 * * 层错是外延层中最常见的内部缺陷，层错本身是一种面缺陷，是由原子排列次序发生错乱所引起的。 Si各向异性是出现漂移和畸变的主要原因： T↑漂移↓；G ↑漂移↑ 低压外延，P ↓漂移↓ (100)晶片，图形漂移最小。对于(111)晶片取向2~5o，影响最小 * 为什么使用VPE工艺难以得到突变结？ 举出两种能减小外延工艺杂质再分布的方法？ 简述MBE工艺主要特点？ 什么是固相外延？该工艺关键是什么？ 外延工艺出现图形漂移和畸变现象的可能原因？ * 外延层厚度及其均匀性 层错法、红外干涉法、磨角法 电阻率及其均匀性，了解掺杂浓度、分布是否满足要求 四探针法、扩展电阻法、电容法 * 层错源于界面的图形大于源于外延层内部的，要选择大的图形。不能选择靠近外延层边缘的图形。 化学腐蚀后，外延层要减薄一定厚度，在腐蚀时只要能显示图形就可以，时间不应过长。计算厚度时，应考虑腐蚀