硅外延层电阻率的控制

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1、5－3硅外延层电阻率的控制不同器件对外延层的电参数要求是不同的，通常VLSI要求：在重掺杂的衬底（1019-1021cm-3）上生长一层轻掺杂（1014-1017cm-3）的外延层CMOS器件要求：衬底均匀掺杂双极型IC要求：衬底中有埋层（轻掺杂的衬底中扩散有重掺杂的隔离区域）这就需要在外延生长过程中，精确控制外延层中的杂质浓度和分布来解决5-3-2外延中杂质的再分布外延层中含有和衬底中的杂质不同类型的杂质，或者是同一种类型的杂质，但是其浓度不同。通常希望外延层和衬底之间界面处的掺杂浓度梯度很陡，但是由于外延生长是在高温下进行，衬底中及其他部分的杂质会进入外延层，使得外延

2、层和衬底之间界面处的杂质浓度梯度变平只考虑衬底中杂质扩散进入外延层时：N（x,t）=N1（x,t）±N2（x,t）N1为衬底中杂质在外延层中的分布常规外延生长时，相当于一个恒定界面浓度杂质源的余误差分布N2为掺入杂质Nf在外延层中的分布5-3-1外延层中的杂质及掺杂1.外延层中的杂质外延层中杂质来源很多，总的载流子浓度N总可以表示为：N总＝N衬底N气N邻片N扩散N基座N系统N衬底：衬底中挥发出来的杂质掺入外延层中的杂质浓度分量N气：外延层中来自混合气体的杂质浓度分量N邻片：外延层中来自相邻衬底的杂质浓度分量N扩散：衬底中杂质经固相扩散进入外延层的杂质浓度分量N基

3、座：来自基座的杂质浓度分量N系统：除上述因素外整个生长系统引入的杂质浓度分量N气，N基座，N系统，杂质不是来源衬底片，因此称为外掺杂N扩散，N衬底，N邻片的杂质来源于衬底片，通称为自掺杂广义上：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外掺杂：主要指人为控制的掺杂5-3-3外延层生长中的自掺杂造成自掺杂的主要原因外延生长时衬底受热，杂质由衬底内部扩散到表面，再由表面蒸发到气相中，它们的一部分在停滞层内贮存，并沿气流方向扩散，然后在外延生长时又重新掺入外延层中。外延生长开始后，衬底正面的蒸发受到抑制，自掺杂主要来自衬底背面杂质的蒸发。

4、外延最初阶段，表面蒸发控制，V=NsubK经过一段时间后，固态扩散控制，V∝Dk很小时，V=NsubK与时间无关造成自掺杂的其他原因卤化物硅源外延生长时，对衬底的腐蚀作用造成衬底中的杂质生成相应的卤化物进入停滞层中，一部分被还原掺入外延层中基座，生长系统的污染衬底杂质→基座→外延层反应室的记忆效应对于埋层衬底：由于高浓度的埋层很快被轻掺杂的材料覆盖，自掺杂效应中止对于重掺杂衬底：正面被封住，边缘及背面的蒸发仍可继续，但随时间减少由于自掺杂和外扩散的存在，设置了一个外延层的最小厚度和掺杂水平的极限，同时使界面处杂质分布变缓，造成器件特性偏离，可靠性降低，因而必须减少它抑制自

5、掺杂采用低温外延技术和不含卤素的硅源，应用较稳定的掺杂剂：使用蒸发速度和扩散系数较小的衬底和埋层掺杂剂外延前高温加热衬底，使衬底表面附近形成一杂质耗尽层；采用背面封闭技术，在背面预先生长高纯的SiO2或多晶硅封闭后再外延；采用二段外延生长技术：覆盖—吹气—生长减压生长技术：使已蒸发到气相中的杂质被抽走在HCl刻蚀后采用低温吹气的工艺以保证XCl3被带出系统5-3-4外延层的夹层外延层的夹层指的是外延层和衬底界面附近出现的高阻层或反型层。外延夹层产生的原因有两种：一种认为P型杂质沾污，造成N型外延层被高度补偿解决办法：P型杂质主要来源于SiCL4，只要提高SiCL4的纯度及

6、做好外延前的清洁处理就可以解决。第二种情况是由于衬底引起的当衬底中硼的含量大于31016cm－3时，外延层中就容易出现夹层。这是由于高温时硼扩散的比锑快，结果使得硼扩散到外延层中补偿了N型杂质，形成了一个高阻层或反型层。解决办法：一是提高重掺杂单晶质量；二是在工艺中防止引入P型杂质，降低单晶中B的量；三是在外延生长时可以先长一层N型低阻层作为过渡层，控制夹层,但这不是根本办法。外延生长的主动（人为）掺杂外延用N型掺杂剂：PCL3,ASCI3,SbCI3，AsH3P型掺杂剂BCL3,BBr3，B2H6方式：在反应气体中（硅源、氢气）中加入掺杂剂※注意掺杂浓度计算，固相中掺

7、杂剂/硅≠气相中掺杂剂/硅影响掺杂的因素：衬底温度、沉积的速度、掺杂剂摩尔分数、反应室几何尺寸、衬底及系统等等没有一个简单的准则，要针对每个过程经验地确定5－4硅外延层的缺陷分类：一：表面缺陷，也叫宏观缺陷如云雾，划道，亮点，塌边，角锥，滑移线等二：内部结构缺陷，也叫微观缺陷如层错，位错5－4－1外延片的表面缺陷云雾状表面外延片表面呈乳白色条纹，在光亮处肉眼可以看到。一般由于氢气纯度低，含水过多，或气相抛光浓度过大，生长温度太低等引起的。角锥体：又称三角锥或乳突。形状像沙丘，用肉眼可以看到。雾状表面缺陷①雾圈②白雾③残迹④花雾