精品第七章外延.pptVIP

* 7.8 缺陷及检测（自学） 缺陷种类: a.存在于衬底中并延伸到外延层中的位错； b.衬底表面的析出杂质或残留的氧化物， 吸附的碳氧化物导致的层错； c.外延工艺引起的外延层中析出杂质； d.与工艺或与表面加工(抛光面划痕、损伤)， 碳沾污等有关，形成的表面锥体缺陷 (如角锥体、圆锥体、三棱锥体、小丘)； e.衬底堆垛层错的延伸； * * 7.8.1 层错 机理：由于原子排列次序 发生错乱而产生的缺陷； 原因：衬底表面的损伤、 玷污、残留的氧化物； 外延温度过低、生长速度过高；掺杂剂不纯等。 位置：衬底与外延层的界面处。 影响： ①导致杂质的异常扩散：引起杂质分布不均匀； ②成为重金属杂质的淀积中心：引起p-n结的软击穿、 低压击穿，甚至穿通。 * 7.8.2 层错法测量外延层厚度 * 7.8.3 图形漂移和畸变 * * 7.8.3 图形漂移和畸变 原因：外延生长-腐蚀速率的各向异型； 漂移规律 ◆{111}面：严重；偏离2~5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。  * 软误差 从封装材料中辐射出的α粒子进入衬底产生大量(约 106量级)电子-空穴对，在低掺杂MOS衬底中， 电子-空穴对可以扩散50μm， 易受电场作用进入有源区， 引起器件误动作，这就是软误差。 采用低阻衬底上外延高阻层的外延片， 则电子-空穴对先进入衬底低阻层， 其扩散长度仅1μm，易被复合， 它使软误差率减少到原来的1/10。 * * 集成电路制造技术第七章 外延 西安电子科技大学 微电子学院 戴显英 2010年3月 * 第七章 外延(Epitaxy) （外延）定义：在单晶衬底上，按衬底晶向生长一层新的 单晶薄膜的工艺技术。 外延层：衬底上新生长的单晶层。 外延片：生长了外延层的衬底。 应用 ①双极器件与电路： 轻掺杂的外延层--较高的击穿电压； 重掺杂的衬底降低集电区的串联电阻。 ②CMOS电路： a.避免了闩锁效应：降低漏电流； b.避免了硅层中SiOX的淀积； c.外延Si表面损伤小。 * 在双极晶体管（电路）中的应用 高阻的外延层可提高集电结的击穿电压 低阻的衬底（或埋层）可降低集电极的串联电阻 * 在CMOS器件（电路）中的应用 减小pnpn寄生闸流管效应 降低漏电流 * 外延的基本概念 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 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； * 7.1 硅气相外延的基本原理 * 7.1.2 外延生长模型 生长步骤 ①传输：反应物从气相经边界层转移到Si表面； ②吸附：反应物吸附在Si表面； ③化学反应：在Si表面进行化学反应，得到Si及副产物 ④脱吸：副产物脱离吸附； ⑤逸出：脱吸的副产物从表面转移到气相，逸出反应室 ⑥加接：生成的Si原子加接到晶格点阵上； 生长特征：横向二维的层层生长，如图7.2。 * 7.1.2 外延生长模型 A位吸附原子的几种可能性 ①原位不动：与其它吸附原子形成Si串或Si岛；最不稳定， 因而缺陷最多；易岛状（三维）模式生长。 ②迁移到B位：较稳定； ③迁移到C位-扭转位置：最稳定，不易迁移； 生长模型：依靠晶体表面台阶的二维横向生长 * 单晶Si或多晶Si的生长速率与温度 温度T： T高