外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延工藝簡述外延的優(yōu)點外延沉積原理外延工藝過程HCL腐蝕原理高腐蝕外延技術(shù)講座外延的含意Epi—taxy是由希臘詞來的表示在上面排列upontoarrange。外延的含意是在襯底上長上一層有一定厚度一定電阻率及一定型號的單晶。外延是一種單晶生長技術(shù)但又不同于拉晶、也不同于一般的CVD。外延技術(shù)講座減少串聯(lián)電阻簡化隔離技術(shù)消除CMOS的可控硅效應(yīng)可以根據(jù)器件的要求,隨心所欲地生長,各種不同型號，不同電阻率和厚度的外延層。外延技術(shù)講座RsRw外延技術(shù)講座1)反應(yīng)式

SiHX1CLY+X2H2Si+YHCL2)主要外延生長源硅源生長速率μm/m生長溫度允許含氧量sicl40.4-1.51150-12005-10ppmsihcl30.4-31100-12005-10ppmsih2cl20.4-21050-1150<5ppmsih40.1-0.3950-1050<2ppm（Y=X1+2X2）3)各種源的用途比較

a：Sicl4：穩(wěn)定即使反應(yīng)溫度高也不易產(chǎn)生氣相反應(yīng)，反應(yīng)室干凈，適合于IC的外延片。

b.Sihcl3：生長速度快，有利于減少自摻雜，生長溫度比Sicl4低，易氣相反應(yīng)使鐘罩不透明。

c.Sih2cl2：生長溫度最低，但生長速率也低適合于減壓外延。外延技術(shù)講座裝片趕氣升溫(850oC)烘烤6’升溫(1180o?)HCL腐蝕趕氣外延沉積趕氣并降溫N2趕氣(3’)取片外延技術(shù)講座清潔表面減少缺陷減少前工藝所引入的損傷，降低和消除晶體缺陷HCL的腐蝕量約0.2-0.4μ，一般選用腐蝕速率為0.06μ/m時間4’約去除0.24μ。外延技術(shù)講座高腐蝕的目的：腐蝕基座上的多晶硅，使以后外延時減少表面顆粒，提高表面質(zhì)量。清潔系統(tǒng)，減少沾污，減少自摻雜。高腐蝕速率為8-10μ/m。高腐蝕周期約60-100μ腐蝕一次外延技術(shù)講座外延參數(shù)的測定摻雜和自摻雜圖形漂移和畸變外延表面缺陷減壓外延外延技術(shù)講座晶體缺陷：層錯,位錯,滑移線,點缺陷,顆粒,霧,小丘分析手段：顯微鏡、干涉相襯顯微鏡、

uv燈、掃描電鏡、表面沾污掃描儀

1)外延表面缺陷的顯示和測試外延技術(shù)講座對于(111)取向：

Sirtl：HF：5mCrO3=1:1對于(100)取向：

Wright：a.45gCrO3+90mlH2Ob.6gCU(NO3)+180mlH2Oc.90mlHNO3+180mlHAC+180mlHa:b:c=1:1:1染色腐蝕液：HF:HNO3:HAC=1:3:7外延技術(shù)講座三探針:n/n+p/p+探針接觸電阻大

四探針:p/nn/p當(dāng)在界面有低阻過渡區(qū)時測試不準(zhǔn)SRP:n/n+p/p+n/pp/n要求知道襯底型號與取向，否則測試不準(zhǔn)C-V:n/n+p/p+n/pp/n要求嚴(yán)格的表面清潔處理四探針srp外延技術(shù)講座基區(qū)太深使擊穿下降基區(qū)結(jié)深合理擊穿提高外延技術(shù)講座

磨角染色再用干涉顯微鏡測厚度層錯法：對于(111)T=0.816L

對于(100)T=0.707L

紅外測厚儀：范圍0.25-200微米精度0.02微米滾槽法：T=(X-Y)/DYxDLL外延技術(shù)講座摻雜源：

N型：PH3/H2AS3/H2P型：B2H6/H2摻雜方式：source%=inject%diluent%=100%-inject%

摻雜計算

ρTest/ρTarget=DNTarget/DNTest實際由于有自摻雜，因此實際摻雜量還應(yīng)減去自摻雜的量D總摻雜=D摻雜+D自摻雜當(dāng)D自摻量<<D摻雜時影響不大當(dāng)D自摻雜與D摻雜接近時,影響就明顯,甚至難控制。外延技術(shù)講座在外延過程中襯底表面由于原子間的引力，有一個停滯層，襯底中重?fù)降碾s質(zhì)被吸附在停滯層,沉積時以自摻雜進(jìn)入外延層中。停滯層襯底外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座.自摻雜量的估算：在重?fù)戒R的N+襯底上外延本征外延：陪片ρ>100ΩcmN+ρ=18Ωcm

摻雜外延：

DN=60cc陪片ρ=11ΩcmN=4.4*1014N+ρ=7ΩcmN=5.5*1014

自摻雜量：?=1.1*1014外延技術(shù)講座1.感應(yīng)加熱的特點是基座的溫度高于硅片溫度，外延過程使基座上的硅向硅片背面轉(zhuǎn)移，使重?fù)揭r底的雜質(zhì)封住，減少自摻雜。2.紅外加熱的相反：硅片的溫度高于基座，外延時硅片背面的硅和雜質(zhì)原子在向基座轉(zhuǎn)移過程中跑出來形成自摻雜。所以紅外加熱要比感應(yīng)加熱自摻雜要嚴(yán)重，過渡區(qū)也差一些

T2T3T4基座溫度T1T1>T2>T3>T4感應(yīng)加熱外延技術(shù)講座

1)過渡區(qū)的定義：在外延與襯底界面外延電阻率差二個數(shù)量級

2)過渡區(qū)寬度對器件的影響：過渡區(qū)小---好

3)影響過渡區(qū)的因素：

a襯底外擴散

b自摻雜

c外延主摻雜

cba外延技術(shù)講座

外延條件外延結(jié)果

1.襯底電阻率0.01ΩCM40ΩCM0.02395

2.予烘烤問題1220oC951200851180653.沉積速率1.5μ/M901.0750.5364.沉積溫度1060oC95108050110065.背封1μSIO2150

小結(jié)：襯底越濃自摻雜越嚴(yán)重，予烘溫度高、沉積速率快、沉積溫度低、背封等措施可減少自摻雜。外延技術(shù)講座背封摻sb的襯底比摻As的自摻雜小不同外延爐自摻雜不同減壓外延采用大量的H2趕氣，可減少自摻雜采用二步法外延

外延技術(shù)講座1.外延的圖形漂移patternshift-對于(111)晶體在與110定位面垂直的方向發(fā)生圖形漂移。

-產(chǎn)生原因是外延的反應(yīng)產(chǎn)物HCL，擇優(yōu)腐蝕埋層邊緣，使埋層圖形產(chǎn)生位移。

-危害性：使光刻無法對準(zhǔn)，從而影響電學(xué)特性。

-關(guān)鍵：要知道漂移量，同時要控制各爐子相同。外延技術(shù)講座對于(111)晶體在與110定位面垂直的方向發(fā)生圖形漂移。外延技術(shù)講座

-產(chǎn)生原因是外延的反應(yīng)產(chǎn)物HCL，擇優(yōu)腐蝕埋層邊緣，使埋層圖形產(chǎn)生位移。

-危害性：使光刻無法對準(zhǔn)，從而影響電學(xué)特性。

-關(guān)鍵：要知道漂移量，同時要控制各爐子相同。外延技術(shù)講座外延后按原耒的光刻套準(zhǔn)，擴散后解理看圖形的漂移并測試漂移的平均值。光刻時套刻版子加以修正值，然后看結(jié)果是否達(dá)到予定值。用滾槽方法直接測定。外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座上片漂移小糾偏過頭下片糾偏較正確外延技術(shù)講座外延后圖形增大或縮小,變模糊,甚之消失。圖形邊緣不再銳利?；冊颍褐饕荋CL腐蝕硅片表面，在臺階處，由于取向不同使各方向腐蝕速率不同結(jié)果產(chǎn)生畸變。SHIFT對稱變大非對稱畸變對稱變小圖形消失外延技術(shù)講座畸變小畸變嚴(yán)重外延技術(shù)講座輕微畸變水平方向變寬，光刻機不能識別外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座選用低氯的源。溫度升高畸變減少降低外延壓力(采用減壓外延)降低生長速率(減少氯含量)對于(111)取向偏離3-4o(向最近的110方向)增加H2流量外延技術(shù)講座一旦漂移量確定后如何控制漂移的一致性很重要，如有幾臺爐子，就要保持一致。最常見的偏離是溫度偏移，要常監(jiān)控。外延技術(shù)講座常見缺陷有：層錯、位錯、滑移線、霧、小丘、桔皮狀、邊緣凸起、表面顆粒等造成原因：

表面有損傷層，易產(chǎn)生層錯與(111)取向偏離小于0.5o，易產(chǎn)生乳凸?fàn)钚∏鸸杵軣岵痪鶆颍桩a(chǎn)生滑移線外延系統(tǒng)漏氣易產(chǎn)生白霧硅片表面不潔，或反應(yīng)室臟易產(chǎn)生顆粒外延技術(shù)講座產(chǎn)生原因：襯底表面有損傷，或不干凈減少層錯的方法：用HCL腐蝕襯底表面去除損傷層及清潔硅片表面外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座產(chǎn)生原因：硅片在熱處理過程中，受熱不均勻，在1200oC當(dāng)中心和邊緣的溫差，大于25oC時，其屈應(yīng)力大于1000PSI，易產(chǎn)生滑移線，它會嚴(yán)重地影響成品率。感應(yīng)加熱及大直徑硅片溫差大，易產(chǎn)生滑移線。外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座原因：表面氧化層沒去凈

外延技術(shù)講座1.減少外延自摻雜減少過渡區(qū)寬區(qū)2.減少圖形漂移和畸變襯底滯留層對流層減壓外延使滯留層減薄,大部分雜質(zhì)進(jìn)入對流層帶走減壓外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座1.按結(jié)構(gòu)分類臥式爐立式爐筒式爐大直徑硅片外延爐2.按加熱方式分類

紅外加熱：硅片溫度高于基座不易產(chǎn)生滑移線高頻加熱：基座溫度高于硅片,硅片和基座溫差大>45oC,易產(chǎn)生滑移線，但自摻雜少。硅片背面易長多晶。中低頻加熱：基座溫度高于硅片硅片和基座溫差大>25oC易產(chǎn)生滑移線，但自摻雜少。片子背面易長多晶。

外延技術(shù)講座外延技術(shù)講座1.四類常見外延爐：紅外加熱：AMC77007810MTC7700K

感應(yīng)加熱：gemini2(180khz)

低頻感應(yīng)加熱：LPE2061S(4khz)Epipro5000(25khz)大直徑硅片外延爐：ASMepsilonMTC308AMCcentruraLPE3061AMC7810外延技術(shù)講座1)平板型立式爐：Epipro5000(gemini-4)

低頻加熱：自摻雜少，硅片熱應(yīng)力較大易產(chǎn)生滑移線石英噴頭：比金屬沾污少雙反應(yīng)室：提高爐子利用率，可以緊靠排放占地面積小，生產(chǎn)能力強6”500片/日最大優(yōu)點：自摻雜少、占地小、產(chǎn)能大缺點：滑移線難避免、耗氣量大、背面粗糙外延技術(shù)講座中低頻感應(yīng)加熱、感應(yīng)線圈采用專利的雙向加熱方式，使片子與基座的溫差更小雙反應(yīng)室，加上使用IGBT作為加熱發(fā)生器使二個反應(yīng)室利用率更高，同時它比紅外燈管的壽命長，成本低O-型圈在鐘罩的下面可減少顆粒，提高表面質(zhì)量基