文档介绍：集成电路制造工艺
东华理工大学彭新村
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第7章外延
概述
气相外延
分子束外延
其它外延
外延层缺陷及检测
概述
在微电子工艺中,外延(epitaxy)是指在单晶衬底上,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。
新排列的晶体称为外延层,有外延层的硅片称为(硅)外延片。
与先前描述的单晶生长不同在于外延生长温度低于熔点许多
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、电阻率可不同。n/n+,n/p,GaAs/Si。
外延工艺种类
按材料划分:同质外延和异质外延
按工艺方法划分:气相外延(VPE),液相外延(LVP),固相外延(SPE),分子束外延(MBE)
按温度划分:高温外延(1000℃以上);低温外延(1000℃以下);变温外延--先低温下成核,再高温下生长外延层
按电阻率高低划分:正外延--低阻衬底上外延高阻层;反外延--高阻衬底上外延低阻层
按外延层结构分类: 普通外延,选择外延,多层外延
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,可很好的控制薄膜厚度,杂质浓度和晶格的完整性,在硅工艺中一直占主导地位
同质外延又称为均匀外延,是外延层与衬底材料相同的外延。
异质外延也称为非均匀外延,外延层与衬底材料不相同,甚至物理结构也与衬底完全不同。GaAs/Si 、SOI(SOS)等材料就可通过异质外延工艺获得。
异质外延的相容性
1. 衬底与外延层不发生化学反应,不发生大量的溶解现象;
,即热膨胀系数接近。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,甚至外延层破裂。
,即晶体结构,晶格常数接近,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力大的现象。
晶格失配 lattice mismatch 失配率
其中:a外延层晶格参数; a′衬底晶格参数。有热膨胀失配系数和晶格常数失配率。
热失配影响单晶薄膜物理和电学性质
晶格失配导致外延膜中缺陷密度非常高
特点
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艺的灵活性。
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,甚至不同材料的外延层。
外延工艺用途
双极型晶体管
优势:
利用外延技术的pn结隔离是早期双极型集成电路常采用的电隔离方法。
P-Si衬底
n+埋层
n-Si外延层
p+隔离墙
SiO2
pn结隔离示意图