外延工艺培训教学课件(34p)

1、3.7 外延工艺外延工艺属于化学气相淀积，化学气相淀积(CVD)是利用化学反应的方式在反应室内将反应物（通常为气体）生成固态的生成物，并沉积在晶片表面的一种薄膜沉积技术。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SiO2 、Si3N4、PSG（磷硅玻璃）、BPSG（硼磷硅玻璃），导体有WSix、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)。第1页，共35页。材料方式SiO2AP,LP,PEPSGAP,PEBPSGAP,PES

2、iN4PEPolysiliconLPWSixLPWLP第2页，共35页。CVD法的步骤： 1. 参加反应的气体的混合物被输运到沉积区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，然后排出淀积区第3页，共35页。反应物和载气（如H2）一起被引入反应器中，而晶片一般维持在650到850的范围。必须有足够的砷的过蒸汽压，以防止衬底和生长层的热分解。第4页，共35页。3.7.1 外延生长原

3、理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（SiCl4)或硅烷（SiH4)，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。第5页，共35页。2外延生长设备第6页，共35页。外延系统应满足如下要求：(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。(

4、7)石墨基座由高纯墨制成。加热采用射频感应加热方式。第7页，共35页。工艺（SiCl4)：1、处理硅片2、基座的HCl腐蚀去硅程序（1）N2预冲洗（2）H2预冲洗（3）升温（两步）（4）HCl排空、腐蚀（5）H2冲洗（6）N2冲洗3、外延生长（1）N2预冲洗（2）H2预冲洗第8页，共35页。（3）升温（两步）（4）HCl排空、抛光（5）H2清洗（6）外延生长（7）H2清洗-降低自掺杂效应（8）降温（9）N2清洗第9页，共35页。3.7.3 介质材料CVD1、SiO2用途：在大规模集成电路的制造技术中CVD法SiO2的使用和氧化法SiO2互为补充。采用下列两种反应：后者已TEOS为主的SiO2L

5、PCVD，阶梯覆盖能力甚佳，应用较广。第10页，共35页。2、磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG)磷硅玻璃（PSG）最大的用途是作为半导体元件的保护层。前者用常压CVD，温度约为400C，外观较纯SiO2的结果来得平滑。其玻态转变温度亦较SiO2得低。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。第11页，共35页。3、氮化硅氮化硅的用处：场氧化掩蔽膜、钝化层4、多晶硅CVD第12页，共35页。3.7.4 金属材料CVD硅化钨（Polycide结构）钨： 在一些需要多层金属

6、层的VLSL工艺中，以LPCVD法所淀积的钨，已被大多数的半导体厂商用在作为上下金属层的中间金属连接物。第13页，共35页。CVD反应室是整个CVD设备的心脏任何一个 CVD系统均包含一个反应室、一组气体传输系统、排气系统及工艺控制系统3.7.5 CVD反应室第14页，共35页。低压LPCVD第15页，共35页。低压化学气相淀积LPCVD反应器第16页，共35页。等离子体化学气相淀积PECVD反应器第17页，共35页。第18页，共35页。资料：扩展的PECVD制造大面积太阳能电池基于非晶硅（a-Si:H）和微晶硅（c-Si:H）的薄膜太阳能电池模块日渐成为低成本、大尺度光伏（PV）应用的最佳选

7、择。这类模块的吉瓦级产品需要大面积的均匀吸收层，同时也需要很高的吸收层的沉积速度。采用具有知识产权保护的AKT等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工具，可以以很高的速率沉积非常均匀的薄膜，并且具有很高的产率和工艺灵活性。在面积从0.43到5.7 m2的衬底上，沉积层的均匀性控制在10%（不包括20 mm的边缘部分）范围内（图1），这足以证明该方法良好的沉积均匀性。 第19页，共35页。CVD的安全问题气体性质气体性质SiH4有毒,易燃,自燃NH3毒、腐蚀SiH2Cl2有毒,易燃,腐蚀H2无毒、易燃PH3剧毒、易燃O2无毒、助燃B2H6剧毒、易燃N2O有毒、不易燃AsH3剧毒、易燃N2堕性HC

8、l毒、腐蚀Ar惰性第20页，共35页。国内方大公司的MOCVD反应装置第21页，共35页。高密度等离子体化学气相沉积设备主要技术指标：极限真空：优于10-1Pa；工作气压：10-1-103Pa；衬底温度：室温-400；样品尺寸：100mm；主要用途：淀积介质种类：多晶硅，氮化硅，二氧化硅等第22页，共35页。多功能等离子体CVD设备（Plasma Enhanced CVD）主要性能指标：PECVD极限真空度6.7x10-4Pa；漏率：10-6Pa.L/S；样品加热盘：RT-400oC磁控溅射室真空度1.0 x 10-4Pa；漏率：10-6Pa.L/S；样品加热盘：RT-800oC仪器功能及附件

9、：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。第23页，共35页。当前MOCVD主要供应商只有两家,美国Veeco，德国Aixtron。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。第24页，共35页。第25页，共35页。MOCVD1第26页，共35页。MOCVD2第27页，共35页。MOCVD3第28页，共35页。MOCVD4第29页，共35页

10、。第30页，共35页。3.7.5 外延新技术1 分子束外延10-810-9Pa，加热外延层组分元素使之形成定向分子流，即分子束。该分子束射向具有一定温度的衬底（一般为400800），沉积在表面形成单晶外延层。生长速度：0.010.03m/min。外延层质量好，杂质分布及外延层厚度可控。生长速度慢，且设备昂贵。第31页，共35页。分子束外延分子束外延（MBE molecular beam epitaxy）是在超高真空（10-8Pa）一个或多个热原子或热分子束和晶体表面反应的外延工艺。MBE能够非常精确地控制化学组成和参杂浓度。厚度只有原子层量级的单晶多层结果可用MBE制作。因此，MBE法可用来精

11、确制作半导体异质结构，其薄膜层可从几分之一微米到单层原子。对砷化镓而言，厚度一般在1微米。第32页，共35页。中科院物理所的分子束外延设备 第33页，共35页。第34页，共35页。1、最孤独的时光，会塑造最坚强的自己。2、把脸一直向着阳光，这样就不会见到阴影。3、永远不要埋怨你已经发生的事情，要么就改变它，要么就安静的接受它。4、不论你在什么时候开始，重要的是开始之后就不要停止。5、通往光明的道路是平坦的，为了成功，为了奋斗的渴望，我们不得不努力。6、付出了不一定有回报，但不付出永远没有回报。7、成功就是你被击落到失望的深渊之后反弹得有多高。8、为了照亮夜空，星星才站在天空的高处。9、我们的人

12、生必须励志，不励志就仿佛没有灵魂。10、拼尽全力，逼自己优秀一把，青春已所剩不多。11、一个人如果不能从内心去原谅别人，那他就永远不会心安理得。12、每个人心里都有一段伤痕，时间才是最好的疗剂。13、如果我不坚强，那就等着别人来嘲笑。14、早晨给自己一个微笑，种下一天旳阳光。15、没有爱不会死，不过有了爱会活过来。16、失败的定义：什么都要做，什么都在做，却从未做完过，也未做好过。17、当我微笑着说我很好的时候，你应该对我说，安好就好。18、人不仅要做好事，更要以准确的方式做好事。19、我们并不需要用太华丽的语言来包裹自己，因为我们要做最真实的自己。20、一个人除非自己有信心，否则无法带给别人

13、信心。21、为别人鼓掌的人也是在给自己的生命加油。22、失去金钱的人损失甚少，失去健康的人损失极多，失去勇气的人损失一切。23、相信就是强大，怀疑只会抑制能力，而信仰就是力量。24、那些尝试去做某事却失败的人，比那些什么也不尝试做却成功的人不知要好上多少。25、自己打败自己是最可悲的失败，自己战胜自己是最可贵的胜利。26、没有热忱，世间便无进步。27、失败并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。28、青春如此华美，却在烟火在散场。29、生命的道路上永远没有捷径可言，只有脚踏实地走下去。30、只要还有明天，今天就永远是起跑线。31、认真可以把事情做对，而用心却可以做到完美。32、如

14、果上帝没有帮助你那他一定相信你可以。33、只要有信心，人永远不会挫败。34、珍惜今天的美好就是为了让明天的回忆更美好。35、只要你在路上，就不要放弃前进的勇气，走走停停的生活会一直继续。36、大起大落谁都有拍拍灰尘继续走。37、孤独并不可怕，每个人都是孤独的，可怕的是害怕孤独。38、宁可失败在你喜欢的事情上，也不要成功在你所憎恶的事情上。39、我很平凡，但骨子里的我却很勇敢。40、眼中闪烁的泪光，也将化作永不妥协的坚强。41、我不去想是否能够成功，既然选了远方，便只顾风雨兼程。42、宁可自己去原谅别人，莫等别人来原谅自己。43、踩着垃圾到达的高度和踩着金子到达的高度是一样的。44、每天告诉自己

15、一次：我真的很不错。45、人生最大的挑战没过于战胜自己！46、愚痴的人，一直想要别人了解他。有智慧的人，却努力的了解自己。47、现实的压力压的我们喘不过气也压的我们走向成功。48、心若有阳光，你便会看见这个世界有那么多美好值得期待和向往。49、相信自己，你能作茧自缚，就能破茧成蝶。50、不能强迫别人来爱自己，只能努力让自己成为值得爱的人。51、不要拿过去的记忆，来折磨现在的自己。52、汗水是成功的润滑剂。53、人必须有自信，这是成功的秘密。54、成功的秘密在于始终如一地忠于目标。55、只有一条路不能选择那就是放弃。56、最后的措手不及是因为当初游刃有余的自己57、现实很近又很冷，梦想很远却很温

16、暖。58、没有人能替你承受痛苦，也没有人能抢走你的坚强。59、不要拿我跟任何人比，我不是谁的影子，更不是谁的替代品，我不知道年少轻狂，我只懂得胜者为。60、如果你看到面前的阴影，别怕，那是因为你的背后有阳光。61、宁可笑着流泪，绝不哭着后悔。62、觉得自己做得到和做不到，只在一念之间。63、跌倒，撞墙，一败涂地，都不用害怕，年轻叫你勇敢。64、做最好的今天，回顾最好的昨天，迎接最美好的明天。65、每件事情都必须有一个期限，否则，大多数人都会有多少时间就花掉多少时间。66、当你被压力压得透不过气来的时候，记住，碳正是因为压力而变成闪耀的钻石。67、现实会告诉你，不努力就会被生活给踩死。无需找什么

17、借口，一无所有，就是拼的理由。68、人生道路，绝大多数人，绝大多数时候，人都只能靠自己。69、不是某人使你烦恼，而是你拿某人的言行来烦恼自己。70、当一个人真正觉悟的一刻，他放弃追寻外在世界的财富，而开始追寻他內心世界的真正财富。71、失败并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。72、人生应该树立目标，否则你的精力会白白浪费。73、山涧的泉水经过一路曲折，才唱出一支美妙的歌。74、时间告诉我，无理取闹的年龄过了，该懂事了。75、命运是不存在的，它不过是失败者拿来逃避现实的借口。76、人总是在失去了才知道珍惜！77、要铭记在心：每天都是一年中最美好的日子。78、生活远没有咖啡那么苦

18、涩，关键是喝它的人怎么品味！每个人都喜欢和向往随心所欲的生活，殊不知随心所欲根本不是生活。79、别拿自己的无知说成是别人的愚昧！80、天空的高度是鸟儿飞出来的，水无论有多深是鱼儿游出来的。81、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。82、如果我坚持什么，就是用大炮也不能打倒我。83、我们要以今天为坐标，畅想未来几年后的自己。84、日出时，努力使每一天都开心而有意义，不为别人，为自己。85、有梦就去追，没死就别停。86、今天不为学习买单，未来就为贫穷买单。87、因为一无所有这才是拼下去的理由。88、只要我还有梦，就会看到彩虹!89、你既认准这条路，又何必在意要走多久。90、尽管社会是这样的现实和残酷，但我们还是必须往下走。91、能把在面前行走的机会抓住的人，十有