集成电路制造工艺 课件 2.5 外延生长

集成电路制造工艺

----外延生长单位：江苏信息职业技术学院微电子教研室薄膜生长------热氧化薄膜制备--物理气相淀积第二章薄膜制备半导体生产中常用的薄膜本章要点薄膜制备—外延生长薄膜制备--化学气相淀积薄膜生长------热氧化薄膜制备--物理气相淀积第二章薄膜制备半导体生产中常用的薄膜本章要点薄膜制备—外延生长薄膜制备--化学气相淀积常用薄膜介质膜如SiO2、Si3N4、Al2O3、BPSG等）半导体膜如Si、Poly-Si、GaAs等）金属膜如Al、Au、W、TiN、Ti等）2）外延在半导体生产中的作用1）外延的基本概念：在制备完好的单晶衬底上，沿其原来晶向，生长一层厚度、导电类型、电阻率及晶格结构都符合要求的新的单晶层3）外延的种类：外延的基本概念§2.5薄膜制备-外延生长正向外延、反向外延、直接外延、间接外延、气相外延、分子束外延等实现杂质浓度突变，优化衬底材料性能，设计更加零花目前主要采用的四氯化硅氢还原法注意两个问题：A.这是一个可逆反应，要保证反应向正方

向顺利进行，氢气要过量

B.外延时T﹥1000℃硅的气相外延2.外延生长工艺1）气相外延的设备外延生长系统示意图外延生长炉结构图外延生长过程中，同时掺入一定量的三价或者五价杂质原子，控制掺入的气相杂质类型和流量就可以控制外延层的导电类型和电阻率。外延生长设备采用局部加热方式，只在放硅衬底的位置加热（当前多采用高频线圈加热，现在也有用辐射加热式桶型反应器）。硅片放在一块具有一定电阻率的石墨板上（石墨板支撑作用，加热源）硅的气相外延说明：2）外延生长工艺流程系统的清洁处理硅片的清洁处理氯化氢气相抛光外延生长降温取片氯化氢衬底气相抛光：进一步去除硅片表面的损伤和自然氧化层，使外延在新鲜面完整的硅片上进行掺杂浓度均匀并符合设计要求具有一定的厚度，厚度均匀12杂质分布满足要求4外延层中位错、曾错、麻坑、雾状缺陷、伤痕等尽量好。3外延层的质量要求1）

外延层掺杂浓度的控制（1）

杂质的外扩散有效外延厚度的变化外延层的质量分析（2）自掺杂现象衬底的反向腐蚀衬底高温下的杂质蒸发，主要从背面或边缘非反应气体有意掺入的杂质引起的外延层的掺杂现象称为自掺杂现象衬底背面用高纯硅或二氧化硅覆盖用两步外延法、低压外延法含义来源措施2）

外延层晶格完整性的控制（1）角锥体：（2）云雾状：（3）层错：（4）位错：3）埋层图形的漂移和畸变

图形的漂移和畸变引起图形漂移一般认为是在外延生长过程中外延生长速度的差异造成的。4.外延层参数的测量1）层错法测外延层膜厚AA’BB’CC’A’AA’BB’CC’A错配晶核（111）晶向层错图形（100）面外延层的层错原理：利用层错图形和外延层厚度之间的几何关

系进行测量晶向d/lD/l’111）100）110）½=0.50.577关系式注意事项：选择硅片中间层错图形最大的作为测量目标注意腐蚀量的修正

2）三探针法测电阻率,

原理：利用金—半接触形成整流结，该结的击穿电压VB与硅片电阻率之间有一对应关系三探针测试示意图当测出击穿电压，查相应的曲线就能求出电阻率。适用n/n+,p/p+的正外延片VB=a

b1）蓝宝石尖晶石上硅外延（SOS）SOS外延SilicononSapphire）SOI外延SilicononInsulator）2）分子束外延MBE外延（MolecularBeamEpitaxy）其他外延方法3）金属有机物化学气相淀积/外延MOCVD（

metalorganicCVD/epitaxy）分子束外延含义：分子束外延，英文：MBE（molecularbeamepitaxy）是指在超真空条件下，加热外延层组分元素使之形成定向分子流，即电子束。该分子束射向具有一定温度的衬底，淀积与衬底表面形成单晶外延层。过程：由装有各种所需组分的炉子经过电子束加热产生蒸汽，经过小孔准直后形成分子束或者原子束直接喷射到适当温度的单晶衬底上，同时控制分子束对衬底扫描，可使分子或者原子按照晶体排列一层层的长在衬底上形成薄膜。21能严格控制外延的厚度、化学组分和浓度分布。（精确到原子级）多用于外延层薄，杂质分布复杂的硅外延，也用于III-V族，II-VI族化合物半导体及合金、多种金属和氧化物的单晶薄膜外延。特点及应用：金属有机物化学气相淀积（外延）金属有机物外延（MOCVD，metalorganicepitaxy），实质上还是以高温分解为基础的VPE