《族化合物半导体》PPT课件

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1、半导体材料外延生长外延是在单晶上生长一层同质或异质的薄膜层。薄膜制备技术1．物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition，PVD）2．化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition，CVD）3．氧化法（高压氧化法）4．电镀法5．涂敷、沉淀法经过数十年的发展，CVD已经成为半导体生产过程中最重要的薄膜沉积方法。PVD的应用大都局限在金属膜的沉积上；而CVD几乎所有的半导体元件所需要的薄膜，不论是导体，半导体，或者介电材料，都可以沉积。在目前的VLSI及ULSI生产过程中，除了某些材料还在用溅镀法之外，如铝硅铜合

2、金及钛等，所有其他的薄膜均用CVD法来沉积。物理气相淀积(PVD)蒸发：在真空系统中，金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子，淀积在晶片上。按照能量来源的不同，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种溅射：真空系统中充入惰性气体，在高压电场作用下，气体放电形成的离子被强电场加速，轰击靶材料，使靶原子逸出并被溅射到晶片上化学气相沉积（CVD）也称为气相外延（Vapor－phaseepitaxy，VPE），是通过气体化合物间的化学作用而形成外延层的工艺，CVD工艺包括常压化学汽相淀积(APCVD)(Atmosphericpress

3、ureCVD)低压化学汽相淀积(LPCVD)等离子增强化学汽相淀积(PECVD)(PlasmaEnhancedCVD)金属有机化学气相沉积（MOCVD）激光化学气相沉积等化学气相沉积（CVD）CVD法的基本原理和过程化学气相沉积是利用气态物质在一固体材料表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。CVD在本质上是一种材料的合成过程，其主要步骤有：（1）反应剂被携带气体进入反应器后，在基体材料表面附近形成边界后，然后在主气流中的反应剂越过边界扩散型材料表面。（2）反应剂被吸附在基体材料表面，并进行化学反应。（3）化学反应生成的固态物质，即所需

4、要的沉积物，在基体材料表面成核，生长成薄膜。（4）反应后的气相产物离开基体材料表面，扩散回边界层，并随输运气体排出反应室。CVD工艺特点：（1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点。因此减轻了衬底片的热形变，减少了玷污，抑制了缺陷生成;设备简单，重复性好；（2）薄膜的成分精确可控；（3）淀积速率一般高于PVD（如蒸发、溅射等）（4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。（5）极佳的覆盖能力砷化镓气相外延砷化镓气相外延又可分为氯化物法、砷烷—镓源法、金属有机化合物(MOCVD)法和改进了的MOCVD法－光激励外延法等。MOCVD工艺主要通过金属

5、有机化合物在热分解瞬间实现与有关元素的化合、结晶并形成薄膜。改进的MOCVD法－光激励外延法，利用水银灯进行照射，使金属有机化合物发生光激励反应。已被用来制作异质结及超晶格等新型元件。砷化镓气相外延CLVPE生长GaAsGa/AsCl3/H2体系HVPE生长GaAsGa/HCl/AsH3/H2体系砷化镓气相外延CLVPE生长GaAs反应过程CLVPE生长GaAs工艺过程衬底处理：抛光、化学腐蚀、清洗、烘干，装入反应室通AsCl3并加热Ga源，Ga被As4饱和衬底区升温至850℃，气相腐蚀衬底10～15min：通AsCl3产生的HCl

6、与GaAs衬底反应衬底处降温至750℃，进行外延生长源组分稳定性对外延层质量的影响Ga源的饱和过程：未饱和→饱和→低温处成核（硬壳）→向高温区扩展→全壳实践表明：VPE生长时，表面保持全壳,外延层质量好（固体GaAs作镓源使源区气相组成较稳定，但固体GaAs源纯度差）保持完整的全壳，要保持气相As分压大于等于三相平衡的As分压以及温度的稳定。CLVPE生长GaAs影响生长速度的因素衬底温度、衬底晶向、AsCl3分压、气体流速、反应室压力及所用载气种类等多种因素有关CLVPE外延生长其他化合物用In+PCl3+H2体系可以生长InP

7、外延层用Ga+PCl3+H2体系可以生长GaP外延层由于AlCl3易与石英反应管发生反应，故不宜用CLVPE生长AlGaAs固溶体外延材料CLVPE生长优点：设备简单，可以沉积出高纯外延材料缺点：由于GaCl是在源区由化学反应生成的，其分压重现性较差HVPEHVPE生长GaAs体系：Ga-HCl-AsH3-H2主要反应优点：Ga（GaCl）和As4（AsH3）的输入量可以分别控制，并且AsH3的输入可以在Ga源的下游，因此不存在Ga源饱和的问题，所以Ga源稳定CLVPE、HVPE生长GaAs中Si沾污H2+HCl+SiO2Si

8、HCl+H2MOCVD它是利用金属有机物为原料，在单晶衬底上外延生长各种器件结构材料，如太阳能电池，半导体激光器，发光管，各种微电子器件，探测器等材料它能生长高质量的具有原子层或近于原