Cfwtcpe集成电路制造工艺原理(4)

7负外延（反外延）-在（外延/衬底）结构上制造器件时器件制造在衬底上的前期外延生长过程。

8液相外延-衬底片的待生长面浸入外延生长的液体环境中生长外延层的外延生长过程。

9气相外延-在含有外延生长所需原子的化合物的气相环境中，通过一定方法获取外延生长所需原子，使其按规定要求排列而生成外延层的外延生长过程。

10 分子束外延-在高真空中，外延生长所需原子（无中间化学反应过程）由源直接转移到待生长表面上，按规定要求排列生成外延层的外延生长过程。

11 直接外延-整个外延层生长中无中间化学反应过程的外延生长过程。

12间接外延-外延所需的原子由含其基元的化合物经化学反应得到，然后淀积、加接形成外延层的外延生长过程。

13 外延层-由原始衬底表面起始，沿其结晶轴向（垂直于衬底表面的方向）平行向外延伸所生成的新单晶层。

14外延技术-生长外延层的技术。

基本要求：了解外延技术解决了半导体分离器件和集成电路制造中存在的哪些难题？为什么说外延技术解决了器件参数对材料要求的矛盾、是什么矛盾、如何解决的？为什么说外延技术提供了集成电路隔离的一种方法、什么方法？为什么说外延技术为发光器件、光学器件的异质结形成提供了途径？要求知道外延技术是如何分类的、各种分类中的外延是如何定义的？要求能大致了解较新的外延技术。要求清楚的知道在集成电路制造中常用的硅外延工艺的典型外延装置和外延过程中的所有可能的化学反应；要求清楚的知道在集成电路制造中常用于砷化镓外延工艺中的液相外延的注意事项及液相外延反应系统、气相外延的两种外延工艺及其外延过程中的所有化学反应。

§2.2 四氯化硅氢气还原法外延原理 4.5学时 课程内容：

§2.2.1 四氯化硅的氢气还原法外延生长过程

1 化学原理

1.1 四氯化硅的氢气还原机理

1.1.1 为吸热反应

1.1.2 伴有有害副反应

Cfwtcpe集成电路制造工艺原理

1.1.3 整个反应过程分两步进行

1.2 反应步骤分析

1.2.1 四氯化硅质量转移到生长层表面

1.2.2 四氯化硅在生长层表面被吸附

1.2.3 在生长层表面上四氯化硅与氢气反应

1.2.4 副产物的排除

1.2.5 硅原子在生长层表面的加接

2 {111}面硅外延生长的结晶学原理

2.1 晶核的形成

2.1.1 结晶学核化理论

2.1.2 共价键理论

2.2 结晶体的形成

2.2.1 晶核沿六个[110]向和六个[112]向扩展

2.2.2 （111）面上的结晶体是六棱形的

2.2.3 （111）面上的六棱形结晶体是非对称的

2.3 生长面的平坦扩展

§2.2.2 外延系统及外延生长速率

1 外延系统的形态

1.1 外延系统的流体形态

1.1.1 流体的连续性

1.1.2 流体的粘滞性

1.2 流体的两种流动形态

1.2.1 流体的紊流态

1.2.2 流体的层流态

1.3 流体形态判据及外延系统中的流体流形

1.3.1平板雷诺数

1.3.2 流体流形判定

1.3.3 外延系统中的流体形态

2 外延系统中的附面层概念

2.1 速度附面层

2.1.1 实际外延系统近似

2.1.2 速度附面层定义

2.1.3 速度附面层的厚度表达式

2.2 质量附面层

2.2.1 质量附面层定义

2.2.2 质量附面的厚度表达式

3 外延生长速率

3.1 外延生长模型的建立

3.2 外延生长速率

3.2.1 外延生长速率的表达式

3.2.2 两种极限条件下的外延生长速率

4 影响外延生长速率的诸因素

4.1 与温度的关系

Cfwtcpe集成电路制造工艺原理

4.1.1 化学反应速率常数与温度的关系

4.1.2 气相质量转移系数与温度的关系

4.1.3 实际外延温度的选择

4.2 与反应剂浓度的关系

4.3 与气体流量的关系

4.4 与衬底片位置量的关系

5 改善外延生长前后不均匀的工艺措施

5.1 适当增大混合气体的流量

5.2 使基座相对气流倾斜一小角度

课程重点：本节以四氯化硅的氢气还原法外延生长作为重点，讨论了在{111}面上进行硅外延的所有化学反应机理和结晶生长原理。根据分析可知：整个外延过程实际上是外延生长的化学反应过程与外延生长的结晶过程的连续地、不断地、重复进行的综合过程。本节讨论了外延生长的化学反应原理。由化学反应方程式分析可知：四氯化硅的氢气还原反应是一个吸热反应，只有当外延生长温度大于一千度时，才有明显的化学反应速率，才不影响外延生长的进行；四氯化硅的氢气还原反应伴有若干副反应，这些副反应是指反应剂四氯化硅和反应副产物氯化氢对生长层（衬底）的腐蚀反应，副反应的存在和加强显然会影响和严重影响外延生长速率，本节介绍了这些影响、并对保正外延向正方向进行提出了调控措施；由对化学反应模式分析可知：外延生长的化学反应过程是由两步完成的，其基于化学反应的分子碰撞理论。本节对化学反应的反应步骤进行了分析，它包含了反应剂四氯化硅由气相向生长层表面的质量转移、反应剂四氯化硅在生长层表面被吸附、在生长层表面反应剂四氯化硅与还原剂氢气反应、反应生成的副产物的排出和反应生成的高能、游离态硅原子的淀积、加接等若干过程，而高能、游离态硅原子的如何淀积、加接是外延生长的结晶学原理。本节介绍了外延生长的结晶学过程和结晶学原理，其结晶学过程是由化学反应获得的高能、游离态硅原子→淀积于衬底表面上→在表面上移动希望按衬底晶格加接→首先形成若干分立的（具有原子〈双层原子面-不可分割〉厚度的）晶核→随其它硅原子在晶核上加接、晶核扩大→形成若干分立（非对称六棱形的）结晶体→随其它硅原子在结晶体上加接、结晶体扩大→若干分立的结晶体连成一片→形成一层（具有原子厚度的）新单晶层→再在新单晶层形成若干分立的（具有原子厚度的）晶核→再晶核扩大→ →形成一定厚度的外延新单晶层；基于上述外延生长的结晶学过程本节就为什么首先形成晶核、形成的晶核为什么是分立的、形成晶核的理论、如何由晶核形成结晶体、结晶体形成受到的结晶学上的限制、为什么在{111}面上的结晶体是非对称六棱形的等等结晶学问题和原理进行了讨论。本节还对 外延系统及外延生长速率进行了介绍和讨论。关于外延生长系统，对典型的卧式外延生长反应器系统进行了形态讨论，指出外延生长反应系统是一个流体系统、介绍了流体的两个性质、给出了流体的两种流动形态、流体形态判据和判定、以及对实际外延系统中的流体形态进行了讨论，在本部分讨论中涉及了部分流体力学的内容。为了更好的讨论外延生长速率，本节还给出了附面层的概念，由于流体的粘滞性而导致外延基座上方的流体流速存在变速的区域，由此引入了速度附面层的概念，同时给出了速度附面层的厚度表达式；由于速度附面层的存在，导致外延基座上方的极小区域内存在反应剂浓度的变化，由此引入了质量附面层的概念，同时给出了质量附面层的厚度表达式。在外延生长速率的讨论中，建立了外延生长模型、由模型讨论得到了外延生长速率的表达式、对外延生长速率的表达式进行了极限分析；讨论了影响外延生长速率的温度因素、反应剂浓度因素、混合气 …… 此处隐藏：3445字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……