半导体材料制备技术(三)ppt课件.ppt

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1、3.6半导体薄膜的生长与淀积器件功能只用到材料表面的数十微米甚至不足一微米生长：化学淀积和物理淀积半导体薄层对衬底材料没有特殊要求，工艺条件宽松要籽晶，生长条件严格单晶薄层的生长犹如衬底晶片的延拓，于是把这种薄层生长工艺称为晶体外延，是最重要的半导体薄层生长技术。单晶薄层非单晶薄层多晶非晶外延生长所谓外延，就是在单晶衬底片上，按照器件或电路设计所需要的电阻和厚度，沿衬底的结晶方向再生长一层新的单晶。单晶薄层外延生长特点：(1)杂质浓度和薄层厚度易于控制；(2)可直接生长与衬底导电类型不同的薄层，因而可以利用外延法直

2、接制备pn结；(3)外延层与衬底可以是同一种物质，也可以是不同物质；（4）外延生长工艺中使用的温度都比从熔体生长体单晶时使用的温度低。外延生长的分类根据衬底的异同：异质外延；同质外延在相同物质衬底上进行的外延称为同质外延。在不同物质衬底上进行的外延称为异质外延。相同与不同，包含了化学和结晶学两方面根据向衬底表面输送外延原子的方式：气相外延；液相外延；固相外延；分子束外延和离子团束外延等。3.6.1液相外延（LPE）(Liquid-Phasepitaxy）液相外延是将衬底晶片浸没在外延材料的低温饱和溶液中生长单晶薄层

3、。GaAs液相外延特点：避免高温杂质玷污生长速率低，薄层厚度易于控制对衬底与外延材料的晶格匹配要求较高适用于亚微米以下极薄层的生长！3.6.2固相外延不经过固－液相变或固－气相变，直接或通过同样也是固体的中间介质向生长界面输运生长物质的外延生长。两种可能的形式：一种是固体生长源直接与生长表面接触；一种是固体生长源与生长表面之间隔一层由其他固体物质构成的输运介质。离子注入的退火锗核辐射探测器欧姆接触的制作非晶体晶体生长界面晶体非晶体输运介质3.6.3气相外延(VPE)（Vapor-PhaseEpitaxy）气相外延利

4、用化合物气体在适当高的温度下通过热解或置换等化学反应实现晶体生长。在气体中按适当比例掺入杂质气体，生长出来的外延层即含有适量的杂质而具有希望的导电类型和电阻率。改变掺杂气体的性质和比例即可实现对外延层导电类型和杂质浓度乃至浓度梯度的有效控制。用SiCl4氢还原法制备硅外延层的实验装置原理图SiCl4饱和蒸汽压较高，高纯氢将其蒸气携入反应室中。在1200℃左右发生如下反应：SiCl4+2H2=Si+4HClSiCl4氢还原法的反应温度偏高，该方法并不十分理想。因SiCl4易于提纯早期采用。其它硅源：三氯氢硅（SiHC

5、l3）、二氯氢硅（SiH2Cl2）和硅烷（SiH4）。可使外延温度降低。大体上说，硅的氯化物的分子中每有一个氯原子被氢原子所取代，用其作源的外延温度就会降低50℃左右。硅集成电路基本上都是用硅的气相外延层来制造的3.6.5半导体薄膜的其他外延方法1、CVD法按淀积时气压的高低，热CVD有常压CVD和低压CVD（LPCVD）之分；按加热方式，有热壁CVD（HWCVD）和冷壁CVD（CWCVD）常压CVD和LPCVD主要差别在于：常压CVD不需要抽真空，大流量惰性气体将反应源载入反应室，使反应源免受大气污染但压力与大气

6、环境相同；生长速度受流量控制。LPCVD需要抽真空。由于气体分子的平均自由程在低气压下变长，薄膜淀积速率在低气压下更多地依赖于气体与淀积表面的反应速率因此，LPCVD有利于改善薄膜的均匀性，但淀积速率相应降低。HWCVD的热源来自反应室外部，反应室壁和反应气氛的温度高于衬底温度，因而气氛中的化学反应速率相对较高，淀积速率主要受化学反应的控制；CWCVD采用光照或感应加热方式越过反应室直接对衬底托甚至衬底本身加热。衬底温度高于室壁和气氛，淀积速率主要受固－气相变过程的控制。CWCVD的化学沉积仅发生在衬底和衬底支架上

7、，反应室壁的污染问题一般不太重要CVD系统包含反应、气体分配系统、加热电源与温度控制系统、废气处理系统，对LPCVD还要有抽气与真空测量控制系统。PECVD(Plasmaenhancedchemicalvapordeposition)：等离子体中的电子和离子比中性分子有更高的能量，能直接激活化学反应，使CVD能够在较低温度下进行。特点：1、PECVD的淀积温度比热CVD低适合于极薄薄膜的淀积。2、淀积薄膜对衬底的附着力更高，致密性更好，淀积速率较高。3、若不能有效控制等离子体中高能带电粒子对生长表面的轰击，会影响薄

8、膜结构完整性。光CVD和LCVD：低温又不存在重离子轰击光CVD方法利用气体分子对特定波长光的强吸收作用提供反应动力特点：参与反应和淀积的物质都有很强的选择性，且淀积温度很低，因而薄膜不仅结构完美，纯度也很高L(laser)CVD可分为热LCVD和光化学LCVD热LCVD根据衬底材料选择适当波长的激光，使之不被反应物吸收而只被衬底吸收，吸收处温度局部升高，使