哈工大微电子工艺07外延课件.ppt

1、第第7章章 外延外延(Epitaxy)微电子工艺薄膜技术(3)田 丽第7章 外延l7.1 概述概述l7.2 硅气相外延原理及工艺硅气相外延原理及工艺l7.3 外延层中的杂质分布外延层中的杂质分布l7.4 外延方法外延方法l7.5 分子束外延分子束外延l7.6 其它外延其它外延l7.7 外延层缺陷及检测外延层缺陷及检测7.1 外延概述l在微电子工艺中，外延在微电子工艺中，外延(epitaxy)是指在单晶是指在单晶衬底上，用物理的或化学的方法，按衬底晶衬底上，用物理的或化学的方法，按衬底晶向排列（生长）单晶膜的工艺过程。向排列（生长）单晶膜的工艺过程。l新排列的晶体称为外延层，有外延层的硅片新排列

2、的晶体称为外延层，有外延层的硅片称为（硅）外延片。称为（硅）外延片。l与先前描述的单晶生长不同在于外延生长温与先前描述的单晶生长不同在于外延生长温度度低于熔点许多低于熔点许多l外延是在晶体上生长晶体，生长出的晶体的外延是在晶体上生长晶体，生长出的晶体的晶向与衬底晶向相同，掺杂类型、电阻率可晶向与衬底晶向相同，掺杂类型、电阻率可不同。不同。n/n+，n/p，GaAs/Si。7.1.1 分类l按材料划分：同质外延和异质外延按材料划分：同质外延和异质外延l按工艺方法划分：气相外延（按工艺方法划分：气相外延（VPE)，液相外延液相外延(LVP)，固相外延固相外延(SPE)，分子束外延（分子束外延（MB

3、E)l按温度划分：高温外延按温度划分：高温外延-1000 以上；低温外延以上；低温外延-1000 以下；变温外延以下；变温外延-先低温下成核，再高温下生先低温下成核，再高温下生长外延层长外延层l按电阻率高低划分：正外延按电阻率高低划分：正外延-低阻衬底上外延高阻层；低阻衬底上外延高阻层；反外延反外延-高阻衬底上外延低阻层高阻衬底上外延低阻层l其它划分方法：按结构划分；按外延层厚度划分等其它划分方法：按结构划分；按外延层厚度划分等气相外延工艺成熟，可很好气相外延工艺成熟，可很好的控制薄膜厚度，杂质浓度的控制薄膜厚度，杂质浓度和晶格的完整性，在硅工艺和晶格的完整性，在硅工艺中一直占主导地位中一直占

4、主导地位7.1.2 特点l外延生长时掺入杂质的类型、浓度都可以外延生长时掺入杂质的类型、浓度都可以与衬底不同，增加了微电子器件和电路工与衬底不同，增加了微电子器件和电路工艺的灵活性。艺的灵活性。l多次外延工艺得到多层不同掺杂类型、不多次外延工艺得到多层不同掺杂类型、不同杂质含量、不同厚度，甚至不同材料的同杂质含量、不同厚度，甚至不同材料的外延层。外延层。l异质外延，如异质外延，如GaAs/Si、SOI（SOS）等技）等技术术7.1.3 用途P阱阱n阱阱P-Si衬底衬底n+埋层埋层n-Si外延层外延层p+隔离墙隔离墙SiO2pn界隔离示意图界隔离示意图 制作在外延层上的双阱制作在外延层上的双阱C

5、MOS剖面图剖面图cn+pn+Si衬底衬底n-Si外延层外延层bSiO2e n+pn-外延晶体管芯片外延晶体管芯片单极器件和电路单极器件和电路如如CMOS、JFET、VMOS：主要是为了降低导通压降与功主要是为了降低导通压降与功耗，有时是为了隔离的需要。在耗，有时是为了隔离的需要。在CMOS-IC芯片中，现在比较多地芯片中，现在比较多地倾向于采用倾向于采用SOI衬底片，这主要是衬底片，这主要是为了减弱或者避免闩锁效应，同为了减弱或者避免闩锁效应，同时也可以抑制短沟道效应。时也可以抑制短沟道效应。双极器件和电路双极器件和电路主要是为了减小集电主要是为了减小集电极串联电阻，以降低饱和压降与功耗。特

6、极串联电阻，以降低饱和压降与功耗。特别，在集成电路芯片中，还与实现隔离有别，在集成电路芯片中，还与实现隔离有关，这时往往还要加设埋层。关，这时往往还要加设埋层。7.2 硅气相外延原理及工艺l硅气相外延硅气相外延(vapor phase epitaxy，VPE)，指指含含Si外延层材料的物质以气相形式输运外延层材料的物质以气相形式输运至衬底，在高温下分解或发生化学反应，至衬底，在高温下分解或发生化学反应，在单晶衬底上生长出与衬底取向一致的单在单晶衬底上生长出与衬底取向一致的单晶。晶。l与与CVD类似，是广义上的类似，是广义上的CVD工艺。工艺。7.2.1 硅源l四氯化硅，四氯化硅，SiCl4(s

7、il.tet)，是应用最广泛，也是研究，是应用最广泛，也是研究最多的硅源。但需要很高的温度，已不适应现今集最多的硅源。但需要很高的温度，已不适应现今集成电路工艺的要求成电路工艺的要求-主要应用于传统外延工艺主要应用于传统外延工艺l三氯硅烷，三氯硅烷，SiHCl3(TCS)，和，和 SiCl4类似但温度有所类似但温度有所降低降低-常规外延生长常规外延生长l二氯硅烷二氯硅烷SiH2Cl2(DCS)-更低温度，选择外延更低温度，选择外延l硅烷硅烷SiH4，更适应薄外延层和低温生长要求，得到，更适应薄外延层和低温生长要求，得到广泛应用。广泛应用。l新硅源：二硅烷新硅源：二硅烷Si2H6-低温外延低温外

8、延7.2.2 模型H2+SiH2Cl2=Si+2HCl+2H21 气相过程气相过程-质量传递质量传递SiH2Cl2的质量传递是一个扩的质量传递是一个扩散过程，由扩散方程有：散过程，由扩散方程有：F1=-Dg(dC/dx)=Dg(C0-Cg)/x模型 2 表面过程表面过程表面表面反反应过程应过程先被吸附，分解，先被吸附，分解，Si从衬底获得能量，迁移，从衬底获得能量，迁移，到达低能量的到达低能量的扭转位置扭转位置，暂时固定下来，等它，暂时固定下来，等它被其它原子盖住，成为外延层中原子。一个被其它原子盖住，成为外延层中原子。一个H原子和一个原子和一个Cl结合结合HCl，离开。，离开。本质上是化学分

9、解和规则排列两个过程。本质上是化学分解和规则排列两个过程。F2e-EA/kT速率、温度对结晶类型的影响-17.2.3 设备卧式气相外延设备示意图卧式气相外延设备示意图设备立式和桶式外延装置示意图立式和桶式外延装置示意图气相外延设备气相外延设备7.2.3 工艺l工艺分两个步骤进行，先是准备阶段，进行工艺分两个步骤进行，先是准备阶段，进行基座去硅处理，去除前次外延在基座、反应基座去硅处理，去除前次外延在基座、反应器上附着的硅及其它杂质；然后再进行硅的器上附着的硅及其它杂质；然后再进行硅的外延生长。外延生长。l基座去硅的工艺流程：基座去硅的工艺流程：N2预冲洗预冲洗H2预冲洗预冲洗升温至升温至850

10、升温至升温至1170HCl排空排空HCl腐蚀腐蚀H2冲洗冲洗降温降温N2冲洗冲洗工艺l外延生长工艺流程外延生长工艺流程：N2预冲洗预冲洗H2预冲洗升温至预冲洗升温至850升升温至温至1170HCl排空排空HCl抛光抛光H2冲洗附面层冲洗附面层外延生长（通入反应剂及外延生长（通入反应剂及掺杂剂）掺杂剂）H2冲洗冲洗1170降温降温N2冲冲洗洗工艺l反应剂有：反应剂有：SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH4，气态反，气态反应剂可稀释后直接通入，而液态反应剂是装在应剂可稀释后直接通入，而液态反应剂是装在源瓶源瓶中，中，用稀释气体携带进入反应器。用稀释气体携带进入反应器。l掺杂剂一般选用含

11、掺杂元素的气态化合物，如掺杂剂一般选用含掺杂元素的气态化合物，如PH3、B2H6、AsH3lSiH4为反应剂，为反应剂，PH3为掺杂剂磷烷：为掺杂剂磷烷：SiH4（H2）Si+2H22PH3（H2）P+6H2lSiH4在主流气体中只百分之几在主流气体中只百分之几-二十几；二十几；PH3也用氢气也用氢气稀释至十稀释至十-五十倍。五十倍。7.3.4 Si-Cl-H系统反应过程SiCl2+H2 Sis+2HCl 2SiCl2 Sis+SiCl47.2.5 外延速率的影响因素质量传递质量传递控制控制实际外延实际外延选此区选此区表面反应表面反应控制控制-1外延速率的影响因素l外延生长两个过程控制：外延生

12、长两个过程控制：1.H还原还原SiCl4析出硅原子析出硅原子 2.Si原子在衬底上生成单晶层原子在衬底上生成单晶层l影响速率的因素影响速率的因素 反应剂浓度反应剂浓度 气体流速气体流速vG 衬底晶向衬底晶向(110)(111)反应室形状反应室形状SiCl4摩尔浓度摩尔浓度大于大于0.27出现出现腐蚀现象腐蚀现象7.3 外延层中的杂质分布l掺杂采用原位气相掺杂。掺杂采用原位气相掺杂。l杂质掺入效率依赖于：生杂质掺入效率依赖于：生长温度、生长速率、气流长温度、生长速率、气流中掺杂剂相对于硅源的摩中掺杂剂相对于硅源的摩尔数、反应室几何形状，尔数、反应室几何形状，掺杂剂自身特性。掺杂剂自身特性。l有杂

13、质再分布现象有杂质再分布现象l扩散效应扩散效应l自掺杂效应自掺杂效应7.3.1 扩散效应l扩散效应也叫互扩散效应也叫互(或外或外)扩散，指在扩散，指在衬底中的杂质与外延层中的杂质在衬底中的杂质与外延层中的杂质在外延生长时互相扩散，引起衬底与外延生长时互相扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化的现象。化的现象。l若杂质扩散速率远小于外延生长速若杂质扩散速率远小于外延生长速率，衬底中的杂质向外延层中扩散，率，衬底中的杂质向外延层中扩散，或外延层中杂质向衬底中的扩散，或外延层中杂质向衬底中的扩散，都如同在半无限大的固体中的扩散。都如同在半无限大的固体中的扩散。

14、l当衬底和外延层都掺杂时，外延层当衬底和外延层都掺杂时，外延层中最终杂质分布中最终杂质分布tDxerfCtDxerfCxCeesse212212)(0+对应对应n/n+（p/p+）-对应对应p/n+（n/p+）7.3.2 自掺杂效应l高温外延时，高掺杂衬底杂质高温外延时，高掺杂衬底杂质反扩散（蒸发）到气相粘滞层反扩散（蒸发）到气相粘滞层（边界层），再进入外延层的（边界层），再进入外延层的现象。现象。l自掺杂效应是气相外延的本征自掺杂效应是气相外延的本征效应，不可能完全避免。效应，不可能完全避免。生长指（常）数l(cm-1)由实验确定。由实验确定。l与掺杂剂、化学反应、与掺杂剂、化学反应、反应系

15、统，及生长过反应系统，及生长过程等因素有关程等因素有关:As比比B和和P更易蒸发更易蒸发;氯硅烷氯硅烷反应过程中的反应过程中的要比要比硅烷的小硅烷的小;边界层越厚，边界层越厚，就越大。就越大。综合效果7.3.3减小自掺杂效应措施l降低外延温度，降低外延温度，p-Si采用采用SiH2Cl2,SiHCl3；或或SiH4，但但这对这对As的自掺杂是无效。的自掺杂是无效。l对于对于n-Si衬底，用蒸气压低、扩散速率也低的锑作为衬底，用蒸气压低、扩散速率也低的锑作为埋层杂质，但锑难以达到很高的掺杂浓度。埋层杂质，但锑难以达到很高的掺杂浓度。l重掺杂的衬底，用轻掺杂的硅来密封其底面和侧面，重掺杂的衬底，用

16、轻掺杂的硅来密封其底面和侧面，减少杂质外逸。减少杂质外逸。l低压外延可减小自掺杂，这对砷，磷的效果显著，对低压外延可减小自掺杂，这对砷，磷的效果显著，对硼的作用不明显。硼的作用不明显。l用离子注入的埋层来降低衬底表面的杂质浓度。用离子注入的埋层来降低衬底表面的杂质浓度。l可在埋层或衬底上先生长未掺杂的薄膜来避免衬底中可在埋层或衬底上先生长未掺杂的薄膜来避免衬底中的杂质外逸，再原位掺杂。的杂质外逸，再原位掺杂。l避免高温下用避免高温下用HCl对衬底进行腐蚀、或腐蚀后用低温对衬底进行腐蚀、或腐蚀后用低温气流除去因腐蚀外逸的杂质。气流除去因腐蚀外逸的杂质。7.4 外延方法l7.4.1 低压外延低压外

17、延l7.4.2 选择外延选择外延l7.4.3 硅烷热分解外延硅烷热分解外延7.4.1 低压外延l目的：减小自掺杂效应目的：减小自掺杂效应l压力：压力：1*1032*104Pal原因：原因：l低压气体扩散速率快，衬底逸出杂质可快速穿过边界层（滞留低压气体扩散速率快，衬底逸出杂质可快速穿过边界层（滞留层），被排除反应室层），被排除反应室,重新进入外延层机会减小；重新进入外延层机会减小；l停止外延时，气体易清除，多层外延时缩小了过渡区，停止外延时，气体易清除，多层外延时缩小了过渡区，冷壁系统冷壁系统和热基座间无涡流，和热基座间无涡流，改善改善；减小外延层图形的减小外延层图形的漂移漂移和和畸变畸变；l

18、温度影响温度影响 压力降低，生长外延层温度下限也降低，压力降低，生长外延层温度下限也降低，T，G；l问题：易泄漏；基座与衬底间温差大；基座、反应室在减压时放问题：易泄漏；基座与衬底间温差大；基座、反应室在减压时放出吸附气体；外延生长温度低等出吸附气体；外延生长温度低等-外延层晶体完整性受到一定外延层晶体完整性受到一定影响影响7.4.2 选择外延（Selective epitaxial growth SEG）外延选择性的实现根据硅在绝缘体上很难核化成膜的特性，在硅外延选择性的实现根据硅在绝缘体上很难核化成膜的特性，在硅表面的特定区域生长外延层而其它区域不生长的技术。表面的特定区域生长外延层而其它

19、区域不生长的技术。利用氧化物表面的高清洁性和源中存在足够的利用氧化物表面的高清洁性和源中存在足够的Cl或或HCl提高原子提高原子的活动性，的活动性，Cl，选择性选择性；三种类型：三种类型：1.以以Si为衬底，以为衬底，以SiO2或或Si3N4为掩膜，在暴露的硅窗口内生长为掩膜，在暴露的硅窗口内生长外延；或在暴露的硅窗口内生长外延，在掩膜生长外延；或在暴露的硅窗口内生长外延，在掩膜生长Poly-Si；2.同样以同样以Si为衬底，以为衬底，以SiO2或或Si3N4为掩膜，在暴露的硅衬底上刻为掩膜，在暴露的硅衬底上刻图形，再生长外延；图形，再生长外延；3.沟槽出外延生长沟槽出外延生长横向超速外延（E

20、LO）7.4.3 SiH4热分解外延 SiH4 Si（s）+2H2（g）l反应是不可逆的，没卤化物产生，不存在反向腐蚀效反应是不可逆的，没卤化物产生，不存在反向腐蚀效应，对反应室也无腐蚀；应，对反应室也无腐蚀；l外延温度低，一般是外延温度低，一般是650-900，最低可在，最低可在600完成，完成，减弱了自掺杂和扩散效应。减弱了自掺杂和扩散效应。l问题：问题：SiH4在气相中可自行分解，造成过早核化，对在气相中可自行分解，造成过早核化，对外延层的晶体结构产生重要影响，甚至生成多晶；外延层的晶体结构产生重要影响，甚至生成多晶；SiH4易氧化形成硅粉，要尽量避免氧化物质和水汽的易氧化形成硅粉，要尽

21、量避免氧化物质和水汽的存在，否则会影响外延层的质量；缺陷密度高于存在，否则会影响外延层的质量；缺陷密度高于SiCl4 氢还原法制作外延层；对反应系统要求高氢还原法制作外延层；对反应系统要求高7.5 分子束外延 (Molecular beam epitaxy MBE)l在超高真空下，在超高真空下，热分子束由喷射热分子束由喷射炉喷出，射到洁炉喷出，射到洁净的单晶衬底表净的单晶衬底表面，生长出外延面，生长出外延层。层。l MBE是物理气相是物理气相外延工艺。外延工艺。7.5.1 MBE系统（喷射炉）（喷射炉）（衬底基座）（衬底基座）（空气锁）（空气锁）超高真空系统；超高真空系统；生长系统；原位生长系

22、统；原位监测系统监测系统MBE设备照片7.5.2 MBE原位监测系统l四极质谱仪，用以监测分子束的流量和残余气体。四极质谱仪，用以监测分子束的流量和残余气体。l俄歇电子能量分析器俄歇电子能量分析器(AES)，用来测定表面的化学，用来测定表面的化学成份。成份。l离子枪，用于衬底表面外延前和外延表面实时清洁。离子枪，用于衬底表面外延前和外延表面实时清洁。l由电子枪和荧光屏组成的高能电子衍射仪由电子枪和荧光屏组成的高能电子衍射仪(HEED)，其电子束以小角度（其电子束以小角度（1-2）投向衬底。电子束被）投向衬底。电子束被所生长外延层表面原子反射后，生成二维衍射图像，所生长外延层表面原子反射后，生成

23、二维衍射图像，包含有关表面上整体构造和原子排列的信息。包含有关表面上整体构造和原子排列的信息。5.2.3 MBE特点l超高真空度达超高真空度达10-910-11Torr，外延过程污染，外延过程污染少，外延层洁净。少，外延层洁净。l温度低，温度低，(100)Si 最低外延温度最低外延温度470K，所以所以无杂质的再分布现象。无杂质的再分布现象。l外延分子由喷射炉喷出，速率可调，易于控外延分子由喷射炉喷出，速率可调，易于控制，可瞬间开制，可瞬间开/停，能生长极薄外延层，厚度停，能生长极薄外延层，厚度可薄至可薄至量级。量级。MBE特点（续）l设备上有多个喷射口，可生长多层、杂质分布设备上有多个喷射口

24、，可生长多层、杂质分布复杂的外延层，最多层数可达复杂的外延层，最多层数可达104层。层。l在整个外延过程中全程监控，外延层质量高。在整个外延过程中全程监控，外延层质量高。lMBE多用于外延结构复杂、外延层薄的异质多用于外延结构复杂、外延层薄的异质外延。外延。l设备复杂、价格昂贵设备复杂、价格昂贵7.6 其它外延l7.6.1 异质外延异质外延l相容性问题；反相畴问题相容性问题；反相畴问题l7.6.2 液相外延液相外延l7.6.3 固相外延固相外延7.6.1 异质外延l异质外延也叫非均匀外延，外延层与衬底材异质外延也叫非均匀外延，外延层与衬底材料不相同的外延。料不相同的外延。l例如，例如，GaAs

25、/Si、SOI（SOS）等材料就可）等材料就可通过异质外延工艺获得。通过异质外延工艺获得。1 异质外延的相容性l衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的溶解现象；的溶解现象；l衬底与外延层热力学参数相匹配，即热膨胀衬底与外延层热力学参数相匹配，即热膨胀系数接近。以避免外延层由生长温度冷却至系数接近。以避免外延层由生长温度冷却至室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至外延层破裂。外延层破裂。l衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引起晶格常数接近，

26、以避免晶格参数不匹配引起的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力大的现象。力大的现象。2 失配率l其中：其中：a外延层参数；外延层参数；a衬底参数。有衬底参数。有热膨热膨胀失配系数胀失配系数和和晶格常数失配率晶格常数失配率。%100aaaf3 反相畴l又叫反相混乱（又叫反相混乱（APDI），），非极性的非极性的Si上生长极性上生长极性GaAs在生长的初期在生长的初期Si衬底上有的区域附着衬底上有的区域附着Ga，有的区域有的区域附着附着As，不能形成单相的不能形成单相的GaAs层，层，这就叫反相畴。这就叫反相畴。4 GaAs/Si外延l当前较成熟的方法是直接

27、生长当前较成熟的方法是直接生长法，两步法，两步MBE外延工艺过程：外延工艺过程：lAs气氛中，约气氛中，约900热处理；热处理；l一步生长，一步生长，150-400是生长厚是生长厚约约20nm的非晶的非晶GaAs缓冲层；缓冲层；l二步生长是单晶生长，二步生长是单晶生长，450-600在此期间一步生长的非晶在此期间一步生长的非晶也转化为单晶了也转化为单晶了 T/t/min一步一步二步二步预处理预处理GaAs/Si外延工艺外延工艺SOI(Si on Insulator)技术lSOI是指在绝缘层上异质外延硅得到的材料。是指在绝缘层上异质外延硅得到的材料。lSOI电路是介质隔离，寄生电容小，使得速度快

28、、电路是介质隔离，寄生电容小，使得速度快、抗幅射能力强、抑制了抗幅射能力强、抑制了CMOS电路的闩锁。电路的闩锁。目前目前一些高速、高集成度薄膜集成电路就采用的一些高速、高集成度薄膜集成电路就采用的SOI材料。材料。l SOS(Si on Sapphre或或Spinel)是是SOI中的一种，中的一种，衬底是蓝宝石衬底是蓝宝石(-Al2O3)，或尖晶石或尖晶石(MgO.Al2O3)lSOS工艺：工艺：SiH4或或SiH2Cl2，约约1000VPE。l液相外延是利用溶液的饱和溶解度随温度的液相外延是利用溶液的饱和溶解度随温度的变化而变化，使溶液结晶析出在衬底上进行变化而变化，使溶液结晶析出在衬底上

29、进行外延的方法。外延的方法。l硅的液相外延是将硅溶入锡中，在硅的液相外延是将硅溶入锡中，在949时时溶液饱和，当降低温度溶液饱和，当降低温度10-30时溶液过饱和，时溶液过饱和，硅析出，在单晶硅衬底上生长出外延层。硅析出，在单晶硅衬底上生长出外延层。7.6.2 液相外延7.6.3 固相外延l固相外延是将晶体衬底上的非晶或者多固相外延是将晶体衬底上的非晶或者多晶层高温转化为单晶层。离子注入时，晶层高温转化为单晶层。离子注入时，损伤造成的非晶区和非晶层经退火晶化损伤造成的非晶区和非晶层经退火晶化过程就是固相外延。过程就是固相外延。7.7 外延层缺陷及检测 外延层质量直接关系到做在它上面的各种外延层

30、质量直接关系到做在它上面的各种器件的性能，所以应检测、分析外延层缺陷器件的性能，所以应检测、分析外延层缺陷及产生原因，并对外延层特征量进行测试：及产生原因，并对外延层特征量进行测试：l外延层缺陷分析外延层缺陷分析l图形漂移和畸变图形漂移和畸变l层错法测外延层厚度层错法测外延层厚度l检测内容检测内容l电阻率测量电阻率测量7.7.1 外延层缺陷分析l外延层中的缺陷有外延层中的缺陷有表面缺陷表面缺陷和和内部晶格结构缺内部晶格结构缺陷陷（体内缺陷）。通常体内缺陷会显现在表面。（体内缺陷）。通常体内缺陷会显现在表面。l表面缺陷：云雾状表面、角锥体、表面突起、划痕、表面缺陷：云雾状表面、角锥体、表面突起、

31、划痕、星状体、麻坑等。星状体、麻坑等。l体内缺陷：位错、层错等。体内缺陷：位错、层错等。雾状表面缺陷雾状表面缺陷雾圈雾圈 白雾白雾 残迹残迹 花雾花雾雾圈雾圈 白雾白雾 残迹残迹 花雾花雾角锥体l星形线（滑移线）星形线（滑移线）划痕：由机械损伤引起划痕：由机械损伤引起外延层外延层（111）衬底）衬底15432外延层各种缺陷l位错位错l层错层错l表面突起、表面突起、角锥体等角锥体等l外延层内杂质沉淀外延层内杂质沉淀l衬底点缺陷团的延伸衬底点缺陷团的延伸层错法测量外延层厚度层错法测量外延层厚度20.8163Tll7.7.2 图形漂移和畸变 Si各向异性是出现漂移和畸各向异性是出现漂移和畸变的主要原

32、因：变的主要原因：l T漂移漂移；G 漂移漂移l低压外延，低压外延，P 漂移漂移l(100)晶片，图形漂移最晶片，图形漂移最小。对于小。对于(111)晶片取向晶片取向25，影响最小，影响最小7.7.3 检测内容l镜检镜检l晶格完好性晶格完好性l测量外延层厚度测量外延层厚度l电阻率均匀性电阻率均匀性l掺杂浓度、分布是否满足要求掺杂浓度、分布是否满足要求7.7.4 层错法测外延层厚度l 层错源于界面的图形大于层错源于界面的图形大于源于外延层内部的，要选源于外延层内部的，要选择大的图形。不能选择靠择大的图形。不能选择靠近外延层边缘的图形。近外延层边缘的图形。l 化学腐蚀后，外延层要减化学腐蚀后，外延

33、层要减薄一定厚度，在腐蚀时只薄一定厚度，在腐蚀时只要能显示图形就可以，时要能显示图形就可以，时间不应过长。计算厚度时，间不应过长。计算厚度时，应考虑腐蚀对厚度的影响。应考虑腐蚀对厚度的影响。lTl外延层外延层衬底衬底llT816.032（111）方向硅的层错形状方向硅的层错形状7.7.5扩展电阻法测电阻率l扩展电阻法，可测量微区的电阻率或电阻扩展电阻法，可测量微区的电阻率或电阻率分布率分布l其他测电阻率方法：四探针法，其他测电阻率方法：四探针法，C-V法法扩展电阻法l金属探针嵌入一个金属探针嵌入一个半无限均匀的半导半无限均匀的半导体，半导体和金属体，半导体和金属电阻率相差几个数电阻率相差几个数

34、量级，欧姆接触，量级，欧姆接触，接触点电流呈辐射接触点电流呈辐射状扩展，沿径向电状扩展，沿径向电阻是不等的，接触阻是不等的，接触电阻电阻R称为扩展电阻。称为扩展电阻。扩展电阻法（续）l扩展电阻主要集中在接触扩展电阻主要集中在接触点附近的半导体中。点附近的半导体中。l实际上金实际上金/半接触两者功函半接触两者功函数有差别，存在接触势垒，数有差别，存在接触势垒，势垒高度与温度、探针材势垒高度与温度、探针材料、探针压力、半导体表料、探针压力、半导体表面状态等因素有关。面状态等因素有关。l具体测量，应保证：具体测量，应保证：零偏电阻零偏电阻扩展电阻扩展电阻硅外延材料技术规范 序序号号特征特征参数参数测

35、试方法测试方法1外延层掺杂剂外延层掺杂剂P,P+:Boron N,N+:Phosphorus,Arsine 2外延层晶向外延层晶向,3外延层电阻率外延层电阻率外延炉外延炉直径直径类型类型外延片电阻率外延片电阻率均匀性均匀性ASTM F723 F1392批式批式100mm125mm150mmP/P+;N/N+N/N+,N/N+/N+N/P/P;P/N/N+410-3（P:110-2）-3 ohm.cm3%3-30 ohm.cm5%30-1000 ohm.cm8%单片单片150mm200mmP/P+;N/N+N/N+/N+0.3-3 ohm.cm2%3-30 ohm.cm4%4外延层厚度外延层厚度

36、外延炉外延炉直径直径类型类型外延片厚度外延片厚度均匀性均匀性FTIR ASTM F95批式批式100mm125mm150mmP/P+;N/N+N/N+,N/N+/N+N/P/P;P/N/N+3-100m3%单片单片150mm200mmP/P+;N/N+N/N+/N+0.1-20m2%5堆垛层错密度性堆垛层错密度性10/cm2ASTM F18106滑移线滑移线总长总长5条，总长度条，总长度1/2圆片直径圆片直径ASTM F1725 F17267表面表面雾、划伤、凹坑、桔皮、裂纹、鸦爪、崩边、异物、背面沾污雾、划伤、凹坑、桔皮、裂纹、鸦爪、崩边、异物、背面沾污 无无ASTM F5238冠状边缘冠状

37、边缘表面上凸起物高度不超过表面上凸起物高度不超过1/3延层厚度延层厚度 9点缺陷点缺陷SEMI标准标准ASTM F523本章重点l硅气相外延原理与工艺硅气相外延原理与工艺l外延层中杂质再分布外延层中杂质再分布lMBE特点、异质外延特点、异质外延l外延层缺陷外延层缺陷作业作业1.解释名词：自掺杂解释名词：自掺杂 外扩散外扩散 外延夹层外延夹层 双掺杂技术双掺杂技术SOS技术，技术，SOI技术，技术，SIMOX，SDB&BE ELTRAN,Smat-Cut2.详述影响硅外延生长速率的因素。详述影响硅外延生长速率的因素。3.用外延生长的用外延生长的Grove模型解释高温区、低温区温度与模型解释高温区、低温区温度与生长速度的关系。生长速度的关系。4.由外延生长的由外延生长的Grove模型得到外延生长速率与反应物模型得到外延生长速率与反应物的浓度成正比，对于以的浓度成正比，对于以SiCl4为原料的硅外延为什么为原料的硅外延为什么随随SiCl4浓度的增加会出现负的生长速率？浓度的增加会出现负的生长速率？5.解释为什么使用外延生长难以得到突变结？解释为什么使用外延生长难以得到突变结？