第五章 ---硅外延生长
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第五章硅外延生长1、解释名词:①*自掺杂:外延生长时由衬底、基座和系统等带来的杂质进入到外延层中的非人为控制的掺杂称为自掺杂。
②外扩散:在外延生长中,由于是在高温条件下进行的,衬底中的杂质会扩散进入外延层致使外延层和衬底之间界面处的杂质浓度梯度变平的现象。
③外延夹层:外延层和衬底界面附近出现的高阻层或反形层。
④双掺杂技术:在外延生长或扩散时,同时引入两种杂质。
因为原子半径不同而产生的应变正好相反。
当两种杂质原子掺入比例适当时,可以使应力互相得到补偿,减少或避免发生晶格畸变,从而消除失配位错的产生。
这种方法叫作双掺杂技术。
⑤SOS技术:在蓝宝石或者尖晶石衬底上外延生长硅。
⑥SOI技术:把器件制作在绝缘衬底上生长的硅单晶层上。
(当器件尺寸缩小到亚微米范围以内时,常规结构就不适应了,导致了SOI结构的发展)⑦SIMOX:氧注入隔离,通过氧离子注入到硅片,再经高温退火过程消除注入缺陷而成。
⑧SDB&BE:直接键合与背面腐蚀技术。
将两片硅片通过表面的S i O2层键合在一起,再把背面用腐蚀等方法减薄来获得SOI结构。
⑨ELTRAN:外延层转移,在多孔硅表面上可生长平整的外延层,并能以合理的速率将多孔硅区域彻底刻蚀掉,该技术保留了外延层所具有的原子平整性,在晶体形成过程中也不产生颗粒堆积或凹坑,因此具有比其它SOI技术更为优越的性能。
⑩Smart-Cut:利用H+注入Si片中形成气泡层,将注氢片与另一片支撑片键合,经适当的热处理,使注氢片从气泡层完整剥离形成SOI结构。
2、*(简述)详述影响硅外延生长速率的因素。
答:①S i CL4浓度:生长速率随浓度的增加增大并达到一个最大值,以后由于腐蚀作用增大,生长速率反而降低。
②*温度:当温度较低时,生长速率随温度升高而呈指数变化,在较高温度区,生长速率随温度变化比较平缓,并且晶体完整性比较好。
③气流速度:在反应物浓度和生长温度一定时,生长速率与总氢气流速平方根成比例关系,但到极限时不在增加。
第五章硅的外延薄膜的生长外延生长工艺是一种在单晶衬底的表面上淀积一个单晶薄层(0.5∼20微米)的方法。
如果薄膜与衬底是同一种材料该工艺被称为同质外延,但常常就被简单地称为外延。
在硅衬底上淀积硅是同质外延最重要的在技术上的应用,并且是本章的基本主题。
在另一方面,如果在化学成分不同的衬底上进行淀积,则称为异质外延。
这种工艺已在被称为SOS的在蓝宝石(Al2O3)上淀积硅的工艺中得到应用。
外延起源于两个希腊字,意思是整理安排。
外延生长可以从气相(VPE)、液相(LPE)或固相(SPE)中获得。
在硅工艺中,气相外延得到了最广泛的接受,因为它对杂质浓度有良好的控制以及能获得晶体的完整性。
液相淀积在制造Ⅲ−Ⅴ族化合物外延层时得到广泛使用。
正如在第九章“非晶层损伤的退火”中讲到的,固相外延可用于离子注入的非晶层的再结晶。
发展硅外延的主要动机是为了改善双极型晶体管及后来的双极型集成电路的性能。
通过在重掺杂的硅衬底上生长一层轻掺杂的外延层,双极型器件得到优化:在维持低集电区电阻的同时,获得高的集电极-衬底击穿电压。
低的集电区电阻提供了在中等电流时的高的器件工作速度。
最近外延工艺已被用于制造先进的CMOS大规模集成电路。
这些电路中,器件被做在重掺杂的衬底上的一层很薄的(3∼7微米)轻掺杂的外延层中。
这种结构减少了在功率增加或在遭到辐射脉冲时CMOS电路可能经受的闩锁效应。
在外延层中制造器件(双极型和MOS)的其他优点还有:器件掺杂浓度的精确控制,并且这层中可以不含氧和碳。
但外延工艺并不是没有缺点,包括:a)增加了工艺复杂性和硅片成本;b)在外延层中产生缺陷;c)自掺杂以及d)图形改变和冲坏。
在这一章中,我们介绍了:a)外延淀积基础;b)外延层的掺杂;c)外延膜中的缺陷;d)对大规模集成电路的外延淀积的工艺考虑;e)外延淀积设备;f)外延膜的表征;g)硅外延的选择性淀积;和h)硅的分子束外延。
外延淀积基础这部分讨论了用于硅的气相外延的化学气相淀积(CVD)工艺的基础理论。