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硅外延片
閱讀�11722�(shí)間:2011-04-26 17:19:16

  �外延�在硅單晶襯底上沿其原�(lái)的晶向再生長(zhǎng)一層硅單晶薄膜�半導(dǎo)�硅材�。嚴(yán)格的�(shuō)是在N型硅拋光�襯底上生�(zhǎng)的N型外延層(N/N+)和在P型硅拋光片襯底上生長(zhǎng)的P型外延層(P/P+)的同�(zhì)硅外延片。產(chǎn)品用于制�半導(dǎo)體器��

相關(guān)技�(shù)

  硅外延已�(fā)展成為門類繁多的技�(shù),從外延層在器件制造中的作用看,可分為正外延和反外�。器件直接制作在外延層上的叫正外�;器件制作在348單晶襯底�,外延層作為基底,叫反外�。從化學(xué)組成�,可分為同質(zhì)外延和異�(zhì)外延。外延層和襯底屬同一種物�(zhì),稱同質(zhì)外延,外延層和襯底不屬同種物�(zhì),稱異質(zhì)外延。制備硅外延片的方法有氣相外延、液相外�、分子束外延�。其中以化學(xué)氣相淀�(CVD)為基�(chǔ)的氣相外延是�(xiàn)在生�(chǎn)硅外延的主流。常用的源有SiCl4 、SiHCl3、SiH2Cl2和SiH44�。目前以SiCl4源應(yīng)用最廣泛。對(duì)于亞微米�(jí)外延,從低溫�,硅烷似乎比其他源好,但硅烷在極少量空氣存在下會(huì)在硅外延層中�(chǎn)生SiO2微粒,SiH2Cl2用于�(yōu)�(zhì)外延及薄層外��

分類

  1  �(dǎo)電類�

  �(chǎn)品按�(dǎo)電類型分為N型和P型�

  2  �(guī)�

  �(chǎn)品按直徑尺寸分為76.2mm�100mm�125mm�150mm

  3  外延片晶�

  �(chǎn)品按晶向分為<111>�<100>�

工藝原理

  以SiCl4為源的氣相外延法為例。將硅單晶襯底加熱到1200℃左�,將含有SiCl4蒸汽的氫氣流�(guò)襯底表面。利用化�(xué)反應(yīng)SiCl4+2H2=Si�+4HCl�,氫和四氯化硅在襯底表面或附近發(fā)生反�(yīng),生成游離狀�(tài)的硅原子和副�(chǎn)物HCl。后者隨著主氣流被排�。而游離狀�(tài)的硅原子�(jīng)表面和臺(tái)階擴(kuò)�,坐落在晶格格點(diǎn)�,釋放潛�,成為晶相原�,實(shí)�(xiàn)外延生長(zhǎng)。實(shí)際上此過(guò)程遠(yuǎn)比上述反�(yīng)�(fù)�,還有許多其他中間產(chǎn)物生�。當(dāng)氣流與基�(包括襯底硅片)接觸�(shí),形成邊界層,反�(yīng)劑以及摻雜劑要擴(kuò)散通過(guò)此邊界層到達(dá)生長(zhǎng)�,反�(yīng)副產(chǎn)物也要擴(kuò)散通過(guò)此邊界層返回到主流區(qū)。邊界層厚度�(duì)氣流速度很敏�。設(shè)�(jì)反應(yīng)器和制定工藝條件�(shí),必須考慮邊界層厚度對(duì)輸運(yùn)�(guò)程的影響。應(yīng)�(dāng)�(diào)整邊界層厚度,以獲得均勻的外延層。作為外延襯底的硅拋光片要在反應(yīng)器內(nèi)通入HCL氣體,于外延沉積前�(jìn)行氣相腐蝕以消除襯底表面的損傷和污染。摻雜是使用氣相摻雜�,摻雜劑為硼、磷、砷的鹵化物或氫化物,現(xiàn)在多用氫化物如B2H6,PH3,AsH3��

硅外延系�(tǒng)�(shè)�

  硅外延所用設(shè)備見(jiàn)�,主要由反應(yīng)器、加熱裝�、氣體控制系�(tǒng)和氫氣凈化裝置組成�

硅外延系統(tǒng)設(shè)備

  反應(yīng)�      一般為石英制品,其�(jié)�(gòu)形成由最初的臥式逐漸�(fā)展為立式和桶�3種。臥式為水平放置的石英管,現(xiàn)多為矩形管以改善均勻性;放置襯底的包覆了碳化硅的石墨基座相對(duì)氣流�3?�?。的傾斜,以利于改善均勻�。為�(jìn)一步提高外延層的均勻�,便出現(xiàn)了立式反�(yīng)�,其大多為鐘罩形,基座是水平放置的并可轉(zhuǎn)�(dòng)的圓�,反�(yīng)氣流與基座表面垂直,外延層表面易受反�(yīng)氣流中顆粒的撞擊和玷�。因�,臥式反�(yīng)器便略占�(yōu)�(shì)。為�(jié)合臥式和立式二者的�(yōu)�(diǎn),便有為人們所�(lè)意使用的桶式反應(yīng)�,其外形與立式相仿,但基座為可轉(zhuǎn)�(dòng)的直立柱�,其氣流平行于基座柱體表�。反�(yīng)器結(jié)�(gòu)是影響外延層均勻性和�(zhì)量的重要因素�

  加熱裝置     大多采用高頻感應(yīng)加熱方式,間接地加熱襯底。為使加熱均�,高頻加熱線圈和基座的結(jié)�(gòu)形狀以及相互間的匹配是十分重要的。因高頻感應(yīng)加熱是通過(guò)基座背面�(jìn)行的,基座和硅片間有溫度�,容易使硅片翹曲,引起位�(cuò)和滑移應(yīng)�,為克服此缺�(diǎn),后�(lái)便有紅外輻射加熱的出�(xiàn),并已使用于工業(yè)化生�(chǎn)的外延設(shè)備中�

  氣體控制系統(tǒng)       是由各種閥門、流量計(jì)和耐腐蝕材料制的相連接所組成的密封不漏氣的系�(tǒng)。它�(duì)各種氣體的流量�(jìn)行精密的控制和調(diào)節(jié)。所用的閥門從最原始的玻璃考慮到后�(lái)采用的不銹鋼�、電磁閥;管道也由原先的塑料�、玻璃管、石英管等被�(dāng)前廣泛采用的不銹鋼管所代替;流量計(jì)也由一般的�(zhuǎn)子流量計(jì)�(fā)展到普遍使用�(zhì)量流量計(jì);反�(yīng)氣體組分也由手工操作�(diào)節(jié)為自�(dòng)控制所取代�

  氫氣凈化裝置      是以各種吸附劑或鈀管對(duì)氫氣�(jìn)行凈化以�(dá)到所需純度。為獲得�(zhì)�?jī)?yōu)�、重�(xiàn)性好的硅外延片,�(xiàn)代的硅外延設(shè)備已能對(duì)整�(gè)外延全過(guò)程實(shí)�(xiàn)自動(dòng)化程序控��

  �(zhì)量控�        硅外延片�(zhì)量直接影響到器件性能。SiCl4硅外延是一�(gè)高溫可逆反�(yīng)的過(guò)�,襯底中的雜�(zhì)通過(guò)�(kuò)�、蒸�(fā)、自摻雜等效�(yīng),加之氣�(méi)能及�(shí)迅速地排出而造成外延層的不均�。采用SiH2Cl2和SiH4作為硅源,使反應(yīng)溫度降低;采用減壓外�,將反應(yīng)器一邊抽�、一邊控制通入反應(yīng)器的氣體流量,使反應(yīng)器內(nèi)的壓力在8�20kPa的低壓下,雜�(zhì)分子、腐蝕性氣體便能迅速隨主氣流排�,從而抑制上述多種效�(yīng)。硅外延層的缺陷有許多種,如層錯(cuò)、位�(cuò)等晶格缺陷和劃痕、亮�(diǎn)、角�、霧狀等表面形貌缺�。襯底制備質(zhì)�、加熱方�、生�(zhǎng)速度、氣氛和試劑純度、反�(yīng)室結(jié)�(gòu)以及氣相腐蝕等都�(duì)缺陷�(chǎn)生相�(yīng)的影��

�(yīng)�

  �50年代�,硅外延片成功地�(yīng)用于制造高頻大功率晶體管,并顯示出其巨大的�(yōu)越性后,其用途越�(lái)越廣。在雙極型器件中,不論是晶體�、功率管還是線性集成電路和�(shù)字集成電路的制造,都離不開(kāi)使用硅外延片。對(duì)MOS器件而言,雖則較晚使用硅外延�,但由于在解決CMOS電路中閂�(Latch-up)效應(yīng),硅外延片得到廣泛的�(yīng)�。當(dāng)前BiCMOS電路也都采用硅外延片�(lái)制�。一部分電荷耦合器件(CCD)已使用外延片制作�

  為了滿足各種半導(dǎo)體器件的需�,相�(yīng)地也�(chǎn)生了各樣的硅外延技�(shù)。除上述提到的低溫外延、減壓外延外,還有在硅片的特定部位沉積硅外延層的選擇性外�。它是在硅襯底上先沉積一層二氧化�,經(jīng)光刻在所需部位�(kāi)“外延窗口�,然后�(jìn)行外延生�(zhǎng)。為滿足某些半導(dǎo)體器件要求有很高電阻率的外延�,而產(chǎn)生的高阻外延技�(shù)��

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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