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文档简介
Semiconductormaterials
Lecturer:AiminLiu&WeifengLiu刘爱民刘维峰
1半导体材料及器件工艺技术(四)1喷雾热解成膜技术2CVD成膜技术低压CVD、常压CVD、离子增强型CVD、MOCVD3扩散及阳极氧化技术2超声喷雾热分解装置示意图
35(a)UndopedZnOfilmsurfaceandcrosssection100nm100nm(b)N-IncodopedZnOfilmsurfaceandcrosssection100nm100nm6CVD薄膜生长7CVDSYSTEM91011CVD爐管內的氣流13CVD化学反应Disproportionation
irreversibleAsCl3(g)+3Ga(s)3GaCl(g)+1/4As4(g)3GaCl(g)+1/2As4(g)2GaAs(s)+GaCl3(g)Disadvantages: multizonefurnace lowgasflow lowreactionefficiency(<66%) systemcontamination(hotwall)14CVD化学反应Pyrolysis
irreversibleHydridereaction,SiH4(g)Si(s)+2H2(g)Metal-organicreaction
MOCVD(CH3)3Ga(g)+AsH3(g)GaAs(s)+3CH4(g)Advantages: lowgrowthtemperature coldwallreactorDisadvantage: chemicalpurityandcost15气体的扩散及表面反应171819Plasma-EnhancedCVD21以不同法成長Si3N4之比較22PECVD、LPCVD、APCVD
之比較232526TheMOVDgrowthsystem27Reactor-129AixtronModel-2400reactor30VaporpressureofmostcommonMOcompoundsCompoundPat298K(torr)ABMeltpoint(oC)(Al(CH3)3)2TMAl14.2278010.4815Al(C2H5)3
TEAl0.041362510.78-52.5Ga(CH3)3
TMGa23818258.50-15.8Ga(C2H5)3
TEGa4.7925309.19-82.5In(CH3)3
TMIn1.7528309.7488In(C2H5)3
TEIn0.3128158.94-32Zn(C2H5)2
DEZn8.5321908.28-28Mg(C5H5)2
Cp2Mg0.05355610.56175Log[p(torr)]=B-A/T
31HorizontalMOVPEReactor32MOVPEReactor
3334
扩散系统示意框图1.氢气入口;2.氢气出口;3.石墨舟;4.加入炉管;5.抽气口;6.分子泵;7.机械泵。
扩散系统示意框图35石墨扩散舟结构图Structureofgraphitecrucible3637SchematicdiagramofAnodicOxidationequipment
GaSb做阳极,铂片做阴极,电解液是酒石酸与乙烯乙二醇混合后的一种水溶液
阳极氧化38阳极氧化膜的形成机理:电极反应:金属(M)的阳极氧化,首先是电解水。在电解液中,通电后在电流作用下发生水解,同时在阴极放出氢气。H2O→H++OH-阴极6H+6e→3H2↑阳极6OH--6e→3H2O3[O]2M3[O]→M2O3阳极氧化膜的生长过程是在膜的增厚和溶解这一矛盾过程中展开的。通电瞬间,由于氧和M的亲和力特别强,在M表面迅速生成一层致密无孔的氧化膜,它具有很高的绝缘电阻,称之为阻挡层。由于在形成氧化M时体积要膨胀,使得阻挡层变得凹凸不平,在膜层较薄的地方,氧化膜首先被电解液溶解并形成空穴,接着电解液变通过空穴到达M基体表面,使电化学反应能够继续进行,孔隙越来越深,阻挡层便逐渐向M基体方向扩展,即得到了多孔状的氧化膜。39半导体材料及器件工艺技术(五)1刻蚀技术化学刻蚀、离子刻蚀、反应离子刻蚀2半导体材料及器件的测试40DryEtchingDryetchingmethodsGlowdischargemethodsDryphysicaletching(Sputteretching)PlasmaassistedetchingDrychemicaletching(Plasmaetching)Reactiveionetching(RIE)IonbeammethodsIonmillingReactiveionbeametchingChemicalassistedionmillingCommonmaterialstodryetchSi,SiO2,Si3N4,Al,W,Ti,TiN,TiSi2,PhotoresistDifficultmaterialstodryetchFe,Ni,Co,Cu,Al2O3,LiNbO3,etc.41RF-poweredplasmaetchsystemRF-poweredplasmaetchsystem42Barrelplasmasystem43444546Etchantsandetchproducts47PlasmaassistedetchingPlasmaassistedetchingsequenceTakeamoleculargasCF4EstablishaglowdischargeCF4+eCF3+
F+e RadicalsreactwithsolidfilmstoformvolatileproductSi+4F
SiF4Pumpawayvolatileproduct(SiF4)48PhysicalEtching•Notveryselectivesinceallmaterialssputterataboutthesamerate.•Physicalsputteringcancausedamagetosurface,withextentandamountofdamageadirectfunctionofionenergy(notiondensity).IonEnhancedEtching•Thechemicalandphysicalcomponentsofplasmaetchingdonotalwaysactindependently-bothintermsofnetetchrateandinresultingetchprofile.•FigureshowsetchrateofsiliconasXeF2gas(notplasma)andAr+ionsareintroducedtothesiliconsurface.Onlywhenbotharepresentdoesappreciableetchingoccur.•Etchprofilescanbeveryanisotop
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