外延工艺
- 格式:ppt
- 大小:417.00 KB
- 文档页数:1
外延工艺简介外延工艺是一种用于生产高质量晶体的工艺方法。
它是一种将晶体生长在基底上的技术,常用于制备半导体材料和器件。
外延工艺的基本原理是在一个基底上逐渐生长新的晶体。
这个基底通常是一块具有特定晶面结构的晶体,也可以是具有较高化学稳定性的材料。
在外延工艺中,基底材料被放置在一个高温的反应室中,通过注入气体或溶液中的原材料,使其与基底发生化学反应,并形成新的晶体。
外延工艺有多种不同的方法,包括气相外延、溶液外延和分子束外延。
每种方法都有其特定的优点和适用范围。
在气相外延中,原材料以气体的形式被输入反应室,然后在高温下发生化学反应,产生新的晶体。
这种方法适用于制备大面积以及薄膜状晶体。
溶液外延是将原材料以溶液的形式注入反应室中,然后通过控制温度和压力来控制晶体的生长速度。
这种方法适用于制备柱状晶体。
分子束外延通过向基底表面瞄准束流的方法进行,使得外延的晶体具有更高的控制性和纯度。
外延工艺的应用非常广泛。
在半导体产业中,外延工艺常用于制备硅、砷化镓、磷化镓等材料。
这些材料被广泛用于制造集成电路、激光器、光电器件等。
此外,外延工艺也被用于生产光纤、太阳能电池、LED等领域。
总的来说,外延工艺是一种重要的材料制备方法,通过控制晶体的生长过程,可以制备出高质量和定制化的晶体材料。
它在半导体、光电子、能源等领域都有重要的应用,推动了这些技术的发展。
外延工艺的技术原理和应用领域外延工艺是一种重要的半导体材料制备技术,具有广泛的应用领域。
它的核心原理是通过在基底上逐层生长新晶体,从而制备出具有高质量和定制化特性的材料。
外延工艺可以用于生产许多不同类型的半导体材料,例如硅、砷化镓、磷化镓等。
这些材料是制造集成电路、光电器件、激光器、发光二极管(LED)等的关键组成部分。
外延工艺的主要方法之一是气相外延(VPE)。
在VPE过程中,原材料以气体的形式输送到高温反应室中,并与基底材料发生化学反应,最终形成新的晶体。
通过控制反应室的参数,如温度、气体流量和气氛等,可以调节晶体的生长速度和晶体的性质。
外延工艺在集成电路制造产业中的应用外延(Epitaxy,简称Epi)工艺是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶格排列的单晶材料,外延层能够是同质外延层(Si/Si),也能够是异质外延层(SiGe/Si或SiC/Si等);同样实现外延生长也有许多方法,包括分子束外延(MBE),超高真空化学气相沉积(UHV/CVD),常压及减压外延(ATM&RPEpi)等等。
本文仅介绍广泛应用于半导体集成电路生产中衬底为硅材料的硅(Si)和锗硅(SiGe)外延工艺。
依据生长方法能够将外延工艺分为两大类(表1):全外延(BlanketEpi)和选择性外延(SelectiveEpi,简称SEG)。
工艺气体中常用三种含硅气体源:硅烷(SiH4),二氯硅烷(SiH2Cl2,简称DCS)和三氯硅烷(SiHCl3,简称TCS);某些特别外延工艺中还要用到含Ge和C的气体锗烷(GeH4)和甲基硅烷(SiH3CH3);选择性外延工艺中还需要用到刻蚀性气体氯化氢(HCl),相应中的载气一般选用氢气(H2)。
外延选择性的实现一般通过调节外延沉积和原位(in-situ)刻蚀的相对速率大小来实现,所用气体一般为含氯(Cl)的硅源气体DCS,利用相应中Cl原子在硅表层的吸附小于氧化物或者氮化物来实现外延生长的选择性;由于SiH4不含Cl原子而且活化能低,一般仅应用于低温全外延工艺;而另外一种常用硅源TCS蒸气压低,在常温下呈液态,需要通过H2鼓泡来导进相应腔,但价格相对低廉,常利用其快速的生长率〔可抵达5um/min〕来生长对比厚的硅外延层,这在硅外延片生产中得到了广泛的应用。
IV族元素中Ge的晶格常数(5.646A与Si的晶格常数(5.431A区不最小,这使得SiGe与Si工艺易集成。
在单晶Si中引进Ge形成的SiGe单晶层能够落低带隙宽度,增大晶体管的特征截止频率fT(cut-offfrequency),这使得它在无线及光通信高频器件方面应用十分广泛;另外在先进的CMOS集成电路工艺中还会利用Ge跟Si的晶格常数失配(4%)引进的晶格应力来提高电子或者空穴的迁移率(mobility),从而增大器件的工作饱和电流以及响应速度,这正成为各国半导体集成电路工艺研究中的热点。
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。
外延工艺在集成电路制造产业中的应用外延工艺是一种在集成电路制造过程中广泛应用的工艺技术。
它通过在硅基材料上形成一个或多个较厚的外延层,使晶体管等器件得以制造和集成。
这种工艺的应用不仅提升了晶体管的性能和质量,还促进了集成电路的封装密度和可靠性。
首先,外延工艺在集成电路制造中的应用体现在提高晶体管性能方面。
通过外延工艺,可以在晶片表面上形成高质量的薄膜材料,这些薄膜可以用于制造不同类型的器件。
例如,外延层可以用于制造MOS晶体管的栅极、源极和漏极等关键部件,从而提高晶体管的导电性和开关速度。
其次,外延工艺在集成电路制造中的应用还体现在提高集成度方面。
外延工艺可以实现不同材料之间的垂直和水平集成。
在垂直集成方面,通过在原有晶片上叠加外延层,可以制造多层晶体管结构,从而提高芯片的功能集成度。
在水平集成方面,外延工艺可以实现在同一晶片上集成不同材料的器件,如光电二极管和磁电传感器等,从而拓宽了集成电路的应用领域。
此外,外延工艺的应用还能提升集成电路的可靠性。
外延层具有较高的晶体质量和良好的晶体匹配性,因此可以有效减少晶体管的漏电流和热噪声等问题,提高电路的稳定性和可靠性。
同时,由于外延层具有良好的电学和机械性能,可以减少封装过程中的应力和热膨胀问题,降低退化和失效的风险。
综上所述,外延工艺在集成电路制造产业中具有广泛的应用。
它可以提高晶体管的性能和质量,拓宽集成度,提升电路可靠性,为集成电路制造业带来更多的发展机遇。
随着科技的不断进步和需求的不断变化,相信外延工艺在集成电路制造领域的应用前景将更加广阔。
当谈及外延工艺在集成电路制造产业中的应用时,有几个关键方面需要考虑。
首先,外延工艺可以实现材料的选择和调控。
在集成电路制造中,选择合适的材料对电路性能至关重要。
通过外延工艺,可以在晶片表面沉积不同材料的薄膜层,例如氮化镓、氮化铝和氮化硅等。
这种材料的选择可以根据电路应用的需求来进行调控,从而实现对电路性能和功耗的优化。
1.Bake :用大量的氢气生长,对衬底上不需要的东西去掉,使之干净2.Buffer :连接Al2O3与GaN的中间剂,粘合剂,使片子生长的更好。
Bufferratio反应Buffer的厚度,最好是在2.4—2.7之间,小于2或者大于3就显得太薄或太厚3.u—G aN:约0.89-1.5 um,在纯H2下生长,是本征不掺杂的GaN,,获得结晶质量好,表面平坦的外延层。
4.超晶格:在N—G aN之前的高低温之间:∮-dopping,其作用是隔断位错,降低缺陷,(现在的程序没有了)在u—G AN 与N—GaN有一层超晶格:SLS其作用与∮-dopping相同5.N—GaN:约3um(n*0。
135)左右,重掺Si,作为电极层,提供电子,(si代替Ga)其特点一般的生长时间在3000-5000S左右。
①在N—GaN的上面有掺杂较轻的一层,时间约270S,作用是增加电子的横向导电性,让电流在N电极横向扩展,称之为:current spreading layer (电流扩展层)现改为AL-GaN,使之更亮,与CART相同,使电子减速②还有时间约135S,其作用和上述一样,增加纵向扩展6.CART :(charge asymmetric resonance tunnel)电荷不对称谐振隧道,约575S。
降低电子速度运行。
7.MQW:多量子阱:包括WELL 和 Barrier ,提高电子和空穴的复合效率厚度范围:Well:约30埃=3nm,barrier :150-160埃=15-16nmWell:外延片的核心部分,电子聚集的地方,在N2中生长,掺InCapping layer: 紧随WELL后面长的一层GaN,其目的是盖入WELL,防止生长Barrier升温时,掺入的In跑掉。
Barrier:使的质量变好,界面平坦。
Barrier 温度越高,结晶质量会越好,但温度过高会影响WELL的结构,well中的In会扰动(In→In+N)7. P- ALGaN: ALN作为栅栏防止电子跑掉,如果P层发光,IV降低,光衰很大HT-P-ALGaN在全H2高温环境中,AL很容易掺入接触8.电子阻挡层(blocking layer):9. LT-P-GaN是HT-P-GaN的barrier ????10. contact layer(接触层): 掺Mg 多,使欧姆接触好,1350S后的(约120S),Mg太少,电极无法接触,所以做一层P-contact layer ,使之更好的欧姆11. 退火(anneal),将Mg激活,打断Mg-H键,使之起P型掺杂的功能。
芯片工艺与外延工艺的关系
芯片工艺和外延工艺是密切相关的两个概念,它们都是在半导体行业中使用的术语。
芯片工艺(Chip Process)是指制造芯片的过程,包括制备晶圆、薄膜沉积、光刻、离子注入、退火、金属沉积、刻蚀等一系列工艺步骤。
芯片工艺的目标是将电子元器件(如晶体管、电容器、电阻器等)制造在芯片表面上,并通过多层金属线路将这些电子元器件连接起来,形成集成电路。
而外延工艺(Epitaxial Growth)是制备外延层的一种方法,外延层是一种在单晶硅衬底上生长的薄层材料。
外延工艺是通过在衬底表面引入材料的气体(如氛围中的气体或有机金属气体),实现晶体的生长。
通过外延工艺可以获得与衬底具有相同晶格结构的晶体层,可以增加或改变芯片材料的特性,提高芯片的性能和可靠性。
在芯片制造中,外延工艺通常是芯片工艺的一部分,主要用于生长晶体层,形成芯片的活性区域。
外延层可以增加芯片的功能,例如用于形成高频器件、光电器件、功率器件等。
芯片工艺继续在外延层上进行,包括刻蚀、光刻、电镀等步骤,最终形成完整的芯片产品。
因此,芯片工艺和外延工艺是相互关联和依赖的,外延工艺为芯片工艺提供了材料基础,而芯片工艺则对外延层进行加工和构建,最终实现芯片的功能和性能。