集成電路設(shè)計(jì)（第4版） 課件 3.1 外延生長(zhǎng)

1第3章集成電路基本工藝3.1外延生長(zhǎng)3.2掩模版的制造3.3光刻原理與流程

3.4氧化3.5淀積與刻蝕3.6摻雜原理與工藝23.1外延生長(zhǎng)(Epitaxy)外延生長(zhǎng)的目的半導(dǎo)體工藝流程中的基片是拋光過(guò)的晶圓基片,直徑在50到300mm(2-12英寸)之間,厚度約幾百微米。盡管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上,但大多數(shù)器件和IC都做在經(jīng)過(guò)外延生長(zhǎng)的襯底上。原因是未外延過(guò)的基片性能常常不能滿足要求。外延的目的是用同質(zhì)材料形成具有不同的摻雜種類及濃度,因而具有不同性能的晶體層。外延也是制作不同材料系統(tǒng)的技術(shù)之一。外延生長(zhǎng)后的襯底適合于制作有各種要求的器件與IC,且可進(jìn)行進(jìn)一步處理。31.液態(tài)生長(zhǎng)(LPE:LiquidPhaseEpitaxy)LPE意味著在晶體襯底上用金屬性的溶液形成一個(gè)薄層。在加熱過(guò)的飽和溶液里放上晶體,再把溶液降溫,外延層便可形成在晶體表面。原因在于溶解度隨溫度變化而變化。LPE是最簡(jiǎn)單最廉價(jià)的外延生長(zhǎng)方法，在化合物器件制造中有廣泛的應(yīng)用，但其外延層的質(zhì)量不高。大部分AlGaAs/GaAs和InGaAsP/InP器件可用LPE來(lái)制作,但是當(dāng)前LPE逐漸被VPE,MOVPE（金屬有機(jī)物）,MBE(分子束）法代替。42.氣相外延生長(zhǎng)(VPE:VaporPhaseEpitaxy)VPE是指所有在氣體環(huán)境下在晶體表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)的技術(shù)的總稱。在不同的VPE技術(shù)里，鹵素(Halogen)傳遞生長(zhǎng)法在制作各種材料的沉淀薄層中得到大量應(yīng)用。任何把至少一種外延層生成元素以鹵化物形式在襯底表面發(fā)生鹵素析出反應(yīng)從而形成外延層的過(guò)程都可歸入鹵素傳遞法，它在半導(dǎo)體工業(yè)中有尤其重要的地位（鹵化反應(yīng)）。用這種方法外延生長(zhǎng)的基片，可制作出很多種器件，如GaAs，GaAsP，LED管，GaAs微波二極管，大部分的Si雙極型管，LSI及一些MOS邏輯電路等。5Si基片的鹵素生長(zhǎng)外延在一個(gè)反應(yīng)爐內(nèi)的SiCl4/H2系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)：在水平的外延生長(zhǎng)爐中，Si基片放在石英管中的石墨板上，SiCl4，H2及氣態(tài)雜質(zhì)原子通過(guò)反應(yīng)管。在外延過(guò)程中，石墨板被石英管周圍的射頻線圈加熱到1500-2000度，在高溫作用下，發(fā)生SiCl4+2H2

Si+4HCl

的反應(yīng)，釋放出的Si原子在基片表面形成單晶硅，典型的生長(zhǎng)速度為0.5~1

m/min。63.金屬有機(jī)物氣相外延生長(zhǎng)(MOVPE:MetalorganicVaporPhaseEpitaxy）III-V材料的MOVPE中，所需要生長(zhǎng)的III，V族元素的源材料以氣體混和物的形式進(jìn)入反應(yīng)爐中已加熱的生長(zhǎng)區(qū)里，在那里進(jìn)行熱分解與沉淀反應(yīng)。MOVPE與其它VPE不同之處在于它是一種冷壁工藝，只要將襯底控制到一定溫度就行了。74.分子束外延生長(zhǎng)(MBE:MolecularBeamEpitaxy)MBE在超真空中進(jìn)行，基本工藝流程包含產(chǎn)生轟擊襯底上生長(zhǎng)區(qū)的III，V族元素的分子束等。MBE幾乎可以在GaAs基片上生長(zhǎng)無(wú)限多的外延層。這種技術(shù)可以控制GaAs，AlGaAs或InGaA