[工程科技]半导体材料.ppt

1 Semiconductormaterials Lecturer AiminLiu WeifengLiu 刘爱民刘维峰 2 半导体材料及器件工艺技术 四 1喷雾热解成膜技术2CVD成膜技术低压CVD 常压CVD 离子增强型CVD MOCVD3扩散及阳极氧化技术 3 超声喷雾热分解装置示意图 4 5 6 7 CVD薄膜生长 8 CVD炉体设计 9 CVDSYSTEM 10 11 12 GasFlowControl RegulatorFlowmeterMassflowcontroller 13 CVD爐管內的氣流 14 CVD化学反应 DisproportionationirreversibleAsCl3 g 3Ga s 3GaCl g 1 4As4 g 3GaCl g 1 2As4 g 2GaAs s GaCl3 g Disadvantages multizonefurnacelowgasflowlowreactionefficiency 66 systemcontamination hotwall 15 CVD化学反应 PyrolysisirreversibleHydridereaction SiH4 g Si s 2H2 g Metal organicreactionMOCVD CH3 3Ga g AsH3 g GaAs s 3CH4 g Advantages lowgrowthtemperaturecoldwallreactorDisadvantage chemicalpurityandcost 16 17 气体的扩散及表面反应 18 19 20 Low PressureCVDSystem 21 Plasma EnhancedCVD 22 以不同法成長Si3N4之比較 23 PECVD LPCVD APCVD之比較 24 25 26 27 TheMOVDgrowthsystem 28 VacuumandExhaustsystem Gashandlesystem ComputerControl Reactor MOCVDGrowthSystem 29 Reactor 1 30 AixtronModel 2400reactor 31 VaporpressureofmostcommonMOcompounds Log p torr B A T 32 HorizontalMOVPEReactor 33 MOVPEReactor 34 35 扩散系统示意框图 1 氢气入口 2 氢气出口 3 石墨舟 4 加入炉管 5 抽气口 6 分子泵 7 机械泵 扩散系统示意框图 36 石墨扩散舟结构图Structureofgraphitecrucible 37 38 SchematicdiagramofAnodicOxidationequipment GaSb做阳极 铂片做阴极 电解液是酒石酸与乙烯乙二醇混合后的一种水溶液 阳极氧化 39 阳极氧化膜的形成机理 电极反应 金属 M 的阳极氧化 首先是电解水 在电解液中 通电后在电流作用下发生水解 同时在阴极放出氢气 H2O H OH 阴极6H 6e 3H2 阳极6OH 6e 3H2O3 O 2M3 O M2O3阳极氧化膜的生长过程是在膜的增厚和溶解这一矛盾过程中展开的 通电瞬间 由于氧和M的亲和力特别强 在M表面迅速生成一层致密无孔的氧化膜 它具有很高的绝缘电阻 称之为阻挡层 由于在形成氧化M时体积要膨胀 使得阻挡层变得凹凸不平 在膜层较薄的地方 氧化膜首先被电解液溶解并形成空穴 接着电解液变通过空穴到达M基体表面 使电化学反应能够继续进行 孔隙越来越深 阻挡层便逐渐向M基体方向扩展 即得到了多孔状的氧化膜 40 半导体材料及器件工艺技术 五 1刻蚀技术化学刻蚀 离子刻蚀 反应离子刻蚀2半导体材料及器件的测试 41 DryEtching DryetchingmethodsGlowdischargemethodsDryphysicaletching Sputteretching PlasmaassistedetchingDrychemicaletching Plasmaetching Reactiveionetching RIE IonbeammethodsIonmillingReactiveionbeametchingChemicalassistedionmillingCommonmaterialstodryetchSi SiO2 Si3N4 Al W Ti TiN TiSi2 PhotoresistDifficultmaterialstodryetchFe Ni Co Cu Al2O3 LiNbO3 etc 42 RF poweredplasmaetchsystem RF poweredplasmaetchsystem 43 Barrelplasmasystem 44 45 46 47 Etchantsandetchproducts 48 Plasmaassistedetching PlasmaassistedetchingsequenceTakeamoleculargasCF4EstablishaglowdischargeCF4 e CF3 F eRadicalsreactwithsolidfilmstoformvolatileproductSi 4F SiF4 Pumpawayvolatileproduct SiF4 49 PhysicalEtching Notveryselectivesinceallmaterialssputterataboutthesamerate Physicalsputteringcancausedamagetosurface withextentandamountofdamageadirectfunctionofionenergy notiondensity IonEnhancedEtching Thechemicalandphysicalcomponentsofplasmaetchingdonotalwaysactindependently bothintermsofnetetchrateandinresultingetchprofile FigureshowsetchrateofsiliconasXeF2gas notplasma andAr ionsareintroducedtothesiliconsurface Onlywhenbotharepresentdoesappreciableetchingoccur Etchprofilescanbeveryanisotopic andselecti