第3章_7_外延工艺.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,外,延,延,工,工,艺,艺,属,属,于,于,化,化,学,学,气,气,相,相,淀,淀,积,积,，,，,化,化,学,学,气,气,相,相,淀,淀,积,积(CVD),是,是,CVD已成为半导体生产过程中最重要的薄膜沉积方式在目前的超大规模集成电路生产过程中，部分金属材料还使用溅镀之外，所有其它材料均以CVD法沉积主要的介电材料有SiO,2,、Si,3,N,4,、PSG（磷硅玻璃）、BPSG（硼磷硅玻璃），导体有WSi,x,、W及多晶硅，半导体有硅用于制作单晶硅薄膜的CVD，通常均以另一种名称称呼：,外延(epitaxy),材料,方式,SiO,2,AP,LP,PE,PSG,AP,PE,BPSG,AP,PE,SiN,4,PE,Polysilicon,LP,WSi,x,LP,W,LP,CVD,法,法,的,的,步,步,骤,骤,：,：,1,.,2.反应物分子由主气流扩散到衬底的表面,3.反应物分子吸附在衬底表面上,4.吸附物分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反应，生成硅原子和化学反应副产物，硅原子沿衬底表面迁移并结合进入晶体点阵。

5.反应副产物分子从衬底表面解吸,6.副产物分子由衬底表面外扩散到主气流中，然后排出淀积区,反,应,应,物,物,和,和,载,载,气,气,（,（,如,如H,2,）,一,一,起,起,被,被,引,引,入,入,反,反,应,应,器,器,中,中,，,，,而,而,晶,晶,片,片,一,一,般,般,维,维,持,持,在,在650,到,到8,5,0,的,的,范,范,围,围,必,必,须,须,3.7.1,外,外,1 气相外延,外延是指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术，新单晶的晶向取决于衬底，由衬底向外外延而成外延方法很多，硅半导体器件中通常采用硅的气相外延法其过程是：四氯化硅（SiCl,4,)或硅烷（SiH,4,)，在加热的硅衬底表面与氢发生反应或自身发生热分解，还原成硅，并以单晶形式沉积在硅衬底表面2,外,外,延,延,生,生,长,长,设,设,备,备,外,延,(1)气密性好,(2)温度均匀且精确可控，能保证衬底均匀地升温与降温；,(3)气流均匀分布,(4)反应剂与掺杂计的浓度及流量精确可控,(5)管道、阀门用不锈钢制造，并保证连接可靠6)要使用多个流量计使反应剂与掺杂计的浓度及流量精确可控7)石墨基座由高纯墨制成。

加热采用射频感应加热方式工,艺,1、处理硅片,2、基座的HCl腐蚀去硅程序,（1）N,2,预冲洗,（2）H,2,预冲洗,（3）升温（两步）,（4）HCl排空、腐蚀,（5）H,2,冲洗,（6）N,2,冲洗,3、外延生长,（1）N,2,预冲洗,（2）H,2,预冲洗,（3,）,）,升,升,温,温,（,（,两,两,步,步,）,）,（4,）,）HC,（5）H,2,清洗,（6）外延生长,（7）H,2,清洗-降低自掺杂效应,（8）降温,（9）N,2,清洗,3.7.3,介,介,质,质,材,材,料,料CVD,1、SiO,2,用途：,在,在大规,模,模集成,电,电路的,制,制造技,术,术中CVD法SiO,2,的使用,和,和氧化,法,法SiO,2,互为补,充,充采用下,列,列两种,反,反应：,后者已TEO,S为主,的,的SiO,2、磷,硅,硅玻璃,（,（PSG）和,硼,硼磷硅,玻,玻璃（BPSG),磷硅玻,璃,璃（PSG）,最,最大的,用,用途是,作,作为半,导,导体元,件,件的保,护,护层前者用,常,常压C,后者用PECVD法,硼磷硅玻璃（BPSG)就是在上述的PSG内，再加入少量硼的一种同时含硼与磷的二氧化硅。

BPSG广泛应用于尚未进行金属沉积前的表面平坦化介质材料3、氮,化,化硅,氮化硅,的,的用处,：,：场氧,化,化掩蔽,膜,膜、钝,化,化层,4、多,晶,晶硅CVD,3.7.4,金,金属材,料,硅化钨,（,（Po,lycide,结,结构）,钨：,在,在一些,需,需要多,CVD,反,反应室,是,是整个CVD,设,设备的,心,心脏,任何一,个,个 CVD系,统,统均包,含,含一个,反,3.7.5CVD,反,反应室,低压LPCV,低压化,学,学气相,淀,淀积LPCVD反应,器,器,等离子,体,体化学,气,气相淀,积,积PECVD,反,反应器,资料：,扩,扩展的PECVD制,造,造大面,积,积太阳,能,能电池,基于非,晶,晶硅（a-Si:H,）,）和微,晶,晶硅（,c-Si:H）的,薄,薄膜太阳能电池模块日,渐,渐成为,低,低成本,、,、大尺,度,度光伏,（,（PV,）,）应用,的,的最佳,选,选择这,这类模,块,块的吉,瓦,瓦级产,品,品需要,大,大面积,的,的均匀,吸,吸收层,，,，同时,也,也需要,很,很高的,吸,吸收层,的,的沉积,速,速度采用具,有,有知识,产,产权保,护,护的AKT等,离,离子体,增,增强化,学,学气相,沉,沉积（,PECVD,）工具,，,，可以,以,以很高,CVD,的,的安全,问,问题,气体,性质,气体,性质,SiH,4,有毒,易燃,自燃,NH,3,毒、腐蚀,SiH,2,Cl,2,有毒,易燃,腐蚀,H,2,无毒、易燃,PH,3,剧毒、易燃,O,2,无毒、助燃,B,2,H,6,剧毒、易燃,N,2,O,有毒、不易燃,AsH,3,剧毒、易燃,N,2,堕性,HCl,毒、腐蚀,Ar,惰性,国内方,大,大公司,的,的MOCVD,反,反应装,置,置,高密度,等,等离子,体,体化学,气,气相沉,积,积设备,主要技,术,术指标,：,：,极限真,空,空：优,于,于10,-1,Pa；,工作气,压,压：10,-1,-10,3,Pa；,衬底温,度,度：室,温,温-400,；,；,样品尺,寸,寸：100mm；,主要用,途,途：,淀积介,质,质种类,：,：多晶,硅,硅，氮,化,化硅，,二,二氧化,硅,硅等,多功能,等,等离子,体,体CVD设备,（,（PlasmaEnhancedCVD,）,）,主要性,能,能指标,：,：,PECVD极,限,限真空,度,度6.7x10,-4,Pa；,漏,漏率：,10,-6,Pa.L/S,；,；样品,加,加热盘,：,：RT-400oC,仪器功能及附件：,直流靶+射频靶磁控溅射；,一次可以制备6个样品；,低温PECVD,仪器使用范围：,可用于制备高介电氧化物薄膜材料，同时PECVD设备具有了低温下获取高质量薄膜。

当前MOCVD主要,供,供应商,只,只有两,家,家,美,国,国Veeco,，,，德国,日本的酸素（？）公司MOCVD只在本国出售台湾工研院机械与系统研究所已组成台湾MOCV产业联盟，大陆13所、48所、55所、上海、宁波、佛山有一定技术资源和基础，目前还有一批研究人员回国MOCVD1,MOCVD2,MOCVD3,MOCVD4,3.7,.5,外,外延新,技,技术,1,分,分子束,外,外延,10,-8,10,-9,Pa，,加,加热外,延,延层组,分,分元素,使,使之形,成,成定向,分,分子流,，,，即分,子,子束该分子,束,束射向,具,具有一,定,定温度,的,的衬底,（,（一般,为,为400800,），沉,积,积在表,面,面形成,单,单晶外,延,延层生长速,度,度：0.010.03,m/min,外延层,质,质量好,，,，杂质,分,分布及,外,外延层,厚,厚度可,控,控生长速,度,度慢，,且,且设备,昂,昂贵分子束,外,外延,分子束外,延,延（MBE molecularbeamepitaxy,）,）是在超,高,高真空（10,-8,Pa）一,个,个或多个,热,热原子或,热,热分子束,和,和晶体表,面,面反应的,外,外延工艺,。

MBE,能,能够非常,中科院物,理,理所的分,子,子束外延,设,设备,。