外延工艺-SYGJPIE

外延层中的杂质分布
二、扩散效应
在外延生长过程中，杂质主要通过扩散效应和自掺 杂效应进入外延薄膜。 扩散效应
扩散效应是指衬底中的杂质与外延层中的杂质,在外 延生长时互相扩散,引起衬底与外延层界面附近杂质浓度 的缓慢变化。
扩散效应对界面杂质分布情况的影响，与温度、衬底 和外延层的掺杂情况、杂质类型及扩散系数、外延层的生 长速度和缺陷等因素有关。
外延层中的杂质分布
减小自掺杂效应措施
1.在保证外延质量和速度的前提下,尽量降低外延生 长温度； 2.对n型衬底,使用蒸汽压低,扩散速率也低的杂质作 为埋层杂质； 3.对重掺杂的衬底,需要使用轻掺杂的硅来密封重掺 杂衬底的底面和侧面,进而减少杂质的外逸； 4.外延系统应当工作在低压条件下，因为气态的杂质 原子在低压下的扩散速度比常压情况下高,由衬底外 逸的大部分杂质就可以被主气流带出反应室；
制备
度低于SiCl4 和SiH4。
生长外延层需 可以在较低的 用在更低的温 在低于900度ຫໍສະໝຸດ 要很高的温度 温度下外延 度下
下生长外延层
硅气相外延的基本原理
二、外延薄膜的生长模型
台阶边缘
吸附原子 扭
转 位
下平台 置
上平台
A
C B
A
近晶面外延生长示意图
晶面的构造可以用三个密切联系的特征表示：平台、扭转、台阶
硅气相外延的基本原理
七、衬底晶向对生长速率的影响
不同晶面的键密度不同，键合能力存在差别，会对生长 速率产生一定影响。
共价键密度小，键合能力差，生长速率慢，例如 （１１１）晶面；
共价键密度大，键合能力强，生长速率快，例如 （１1０）晶面。
外延层中的杂质分布
对外延工艺的要求 使外延层具备完美的晶体结构，对外延层的厚度、导

2012112925nmos1提高器件的抗软误差能力2采用低阻上外延高阻层可降低源区耗尽层寄生电容并提高器件对衬底中杂散电荷噪声的抗扰度3硅外延片可提供比体硅高的载流子寿命使半导体存储器的电荷保持性能提2012112926软误差从封装材料中辐射出的粒子进入衬底产生大量约10量级电子空穴对在低掺杂mos衬底中电子空穴对可以扩散50m易受电场作用进入有源区引起器件误动作这就是软误差
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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。
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三. 外延中的掺杂
掺杂剂有: 1.氢化物: PH3，AsH3，BBr3，B2H6 POCl3，AsCl3 2. 氯化物:
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在外延层的电阻率还会受到下 列三种因素的干扰
重掺杂衬底中的大量杂质通过热扩散方 式进入外延层，称为杂质外扩散。 衬底中的杂质因挥发等而进入气流，然 后重新返回外延层，称为气相自掺杂。 气源或外延系统中的污染杂质进入外延， 称为系统污染。
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外延层和衬底中不同类型的掺杂形成的 p--n结，它不是通过杂质补偿作用形成的， 其杂质分布可接近理想的突变结。
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外延改善NMOS存储器电路特性
(1)提高器件的抗软误差能力 (2)采用低阻上外延高阻层，可降低源、 漏n+ 区耗尽层寄生电容，并提高器件对 衬底中杂散电荷噪声的抗扰度 (3)硅外延片可提供比体硅高的载流子寿 命，使半导体存储器的电荷保持性能提 高。

LED芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序（Wafer Fabrication）、晶圆针测工序（Wafer Probe）、构装工序（Packaging）、测试工序（Initial Test and Final Test）等几个步骤。

其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段（Front End）工序，而构装工序、测试工序LED芯片的制造工艺流程：外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。

外延生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和、SiC、Si）上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。

目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。

MOCVD介绍：金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称 MOCVD），1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。

该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。

其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就开始对LED外延片做电极（P极，N极），接着就开始用激光机切割LED外延片（以前切割LED外延片主要用钻石刀），制造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试。

1、主要对电压、波长、亮度进行测试，能符合正常出货标准参数的晶圆片再继续做下一步的操作，如果这九点测试不符合相关要求的晶圆片，就放在一边另外处理。

SiC外延工艺基本介绍外延层是在晶圆的基础上，经过外延工艺生长出特定单晶薄膜，衬底晶圆和外延薄膜合称外延片。

其中在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅同质外延片，可进一步制成肖特基二极管、MOSFET、 IGBT 等功率器件，其中应用最多的是4H-SiC 型衬底。

由于碳化硅功率器件与传统硅功率器件制作工艺不同，不能直接制作在碳化硅单晶材料上，必须在导通型单晶衬底上额外生长高质量的外延材料，并在外延层上制造各类器件，所以外延的质量对器件的性能是影响非常大。

不同的功率器，它的性能的提高也对外延层的厚度、掺杂浓度以及缺陷提出了更高要求。

以单极型器件应用为例，它的阻断电压是核心参数之一。

而它的阻断电压和外延层的厚度和掺杂浓度相关，见图1[1]。

随着阻断电压的提高，也要提高外延层的厚度，同时降低掺杂浓度。

图1中当电压达到10000伏时，就需要外延层厚度达到100微米以上。

而随着外延层厚度的不断增加，对厚度和掺杂浓度均匀性以及缺陷密度的控制就变得愈发困难。

图1.单极型器件外延层的掺杂浓度和厚度与阻断电压关系曲线碳化硅外延层的制备方法主要有：蒸发生长法；液相外延生长（LPE）；分子束外延生长（MBE）;化学气相沉积（CVD）。

这里对这几种制备方法做了一个基本的总结，见表1。

化学气相沉积（CVD）法是目前工厂大批量生产用的主要方法。

在上世纪八十年代以前，碳化硅化学气相沉积外延一般都是在碳化硅晶圆正轴(0001)晶向上，需要的工艺温度非常高，而且有着多型体混合的严重问题。

90年代初，Matsunami等人[2]首先研究了不同偏角下的外延多型体情况，并提出了6H-SiC外延的最佳偏角为2~6°。

这种方法被称为台阶控制外延法，同时发现该方法也适用于4H-SiC，3C-SiC等其他多型体。

制备方法工艺的优点工艺的缺点液相外延生长（LPE）设备需求简单并且成本较低的生长方法。

很难控制好外延层的表面形貌。