外延工藝培訓(xùn)教學(xué)課件(34p)

1、3.7 外延工藝外延工藝屬于化學(xué)氣相淀積，化學(xué)氣相淀積(CVD)是利用化學(xué)反應(yīng)的方式在反應(yīng)室內(nèi)將反應(yīng)物（通常為氣體）生成固態(tài)的生成物，并沉積在晶片表面的一種薄膜沉積技術(shù)。CVD已成為半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中最重要的薄膜沉積方式。在目前的超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)過(guò)程中，部分金屬材料還使用濺鍍之外，所有其它材料均以CVD法沉積。主要的介電材料有SiO2 、Si3N4、PSG（磷硅玻璃）、BPSG（硼磷硅玻璃），導(dǎo)體有WSix、W及多晶硅，半導(dǎo)體有硅。用于制作單晶硅薄膜的CVD，通常均以另一種名稱稱呼：外延(epitaxy)。第1頁(yè)，共35頁(yè)。材料方式SiO2AP,LP,PEPSGAP,PEBPSGAP,PES

2、iN4PEPolysiliconLPWSixLPWLP第2頁(yè)，共35頁(yè)。CVD法的步驟： 1. 參加反應(yīng)的氣體的混合物被輸運(yùn)到沉積區(qū)2.反應(yīng)物分子由主氣流擴(kuò)散到襯底的表面3.反應(yīng)物分子吸附在襯底表面上4.吸附物分子間或吸附分子與氣體分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硅原子和化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物，硅原子沿襯底表面遷移并結(jié)合進(jìn)入晶體點(diǎn)陣。5.反應(yīng)副產(chǎn)物分子從襯底表面解吸6.副產(chǎn)物分子由襯底表面外擴(kuò)散到主氣流中，然后排出淀積區(qū)第3頁(yè)，共35頁(yè)。反應(yīng)物和載氣（如H2）一起被引入反應(yīng)器中，而晶片一般維持在650到850的范圍。必須有足夠的砷的過(guò)蒸汽壓，以防止襯底和生長(zhǎng)層的熱分解。第4頁(yè)，共35頁(yè)。3.7.1 外延生長(zhǎng)原

3、理1 氣相外延外延是指在單晶襯底上生長(zhǎng)一層新單晶的技術(shù)，新單晶的晶向取決于襯底，由襯底向外外延而成。外延方法很多，硅半導(dǎo)體器件中通常采用硅的氣相外延法。其過(guò)程是：四氯化硅（SiCl4)或硅烷（SiH4)，在加熱的硅襯底表面與氫發(fā)生反應(yīng)或自身發(fā)生熱分解，還原成硅，并以單晶形式沉積在硅襯底表面。第5頁(yè)，共35頁(yè)。2外延生長(zhǎng)設(shè)備第6頁(yè)，共35頁(yè)。外延系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：(1)氣密性好(2)溫度均勻且精確可控，能保證襯底均勻地升溫與降溫；(3)氣流均勻分布(4)反應(yīng)劑與摻雜計(jì)的濃度及流量精確可控(5)管道、閥門用不銹鋼制造，并保證連接可靠。(6)要使用多個(gè)流量計(jì)使反應(yīng)劑與摻雜計(jì)的濃度及流量精確可控。(

4、7)石墨基座由高純墨制成。加熱采用射頻感應(yīng)加熱方式。第7頁(yè)，共35頁(yè)。工藝（SiCl4)：1、處理硅片2、基座的HCl腐蝕去硅程序（1）N2預(yù)沖洗（2）H2預(yù)沖洗（3）升溫（兩步）（4）HCl排空、腐蝕（5）H2沖洗（6）N2沖洗3、外延生長(zhǎng)（1）N2預(yù)沖洗（2）H2預(yù)沖洗第8頁(yè)，共35頁(yè)。（3）升溫（兩步）（4）HCl排空、拋光（5）H2清洗（6）外延生長(zhǎng)（7）H2清洗-降低自摻雜效應(yīng)（8）降溫（9）N2清洗第9頁(yè)，共35頁(yè)。3.7.3 介質(zhì)材料CVD1、SiO2用途：在大規(guī)模集成電路的制造技術(shù)中CVD法SiO2的使用和氧化法SiO2互為補(bǔ)充。采用下列兩種反應(yīng)：后者已TEOS為主的SiO2L

5、PCVD，階梯覆蓋能力甚佳，應(yīng)用較廣。第10頁(yè)，共35頁(yè)。2、磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG)磷硅玻璃（PSG）最大的用途是作為半導(dǎo)體元件的保護(hù)層。前者用常壓CVD，溫度約為400C，外觀較純SiO2的結(jié)果來(lái)得平滑。其玻態(tài)轉(zhuǎn)變溫度亦較SiO2得低。后者用PECVD法硼磷硅玻璃（BPSG)就是在上述的PSG內(nèi)，再加入少量硼的一種同時(shí)含硼與磷的二氧化硅。BPSG廣泛應(yīng)用于尚未進(jìn)行金屬沉積前的表面平坦化介質(zhì)材料。第11頁(yè)，共35頁(yè)。3、氮化硅氮化硅的用處：場(chǎng)氧化掩蔽膜、鈍化層4、多晶硅CVD第12頁(yè)，共35頁(yè)。3.7.4 金屬材料CVD硅化鎢（Polycide結(jié)構(gòu)）鎢： 在一些需要多層金屬

6、層的VLSL工藝中，以LPCVD法所淀積的鎢，已被大多數(shù)的半導(dǎo)體廠商用在作為上下金屬層的中間金屬連接物。第13頁(yè)，共35頁(yè)。CVD反應(yīng)室是整個(gè)CVD設(shè)備的心臟任何一個(gè) CVD系統(tǒng)均包含一個(gè)反應(yīng)室、一組氣體傳輸系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及工藝控制系統(tǒng)3.7.5 CVD反應(yīng)室第14頁(yè)，共35頁(yè)。低壓LPCVD第15頁(yè)，共35頁(yè)。低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD反應(yīng)器第16頁(yè)，共35頁(yè)。等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)器第17頁(yè)，共35頁(yè)。第18頁(yè)，共35頁(yè)。資料：擴(kuò)展的PECVD制造大面積太陽(yáng)能電池基于非晶硅（a-Si:H）和微晶硅（c-Si:H）的薄膜太陽(yáng)能電池模塊日漸成為低成本、大尺度光伏（PV）應(yīng)用的最佳選

7、擇。這類模塊的吉瓦級(jí)產(chǎn)品需要大面積的均勻吸收層，同時(shí)也需要很高的吸收層的沉積速度。采用具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的AKT等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工具，可以以很高的速率沉積非常均勻的薄膜，并且具有很高的產(chǎn)率和工藝靈活性。在面積從0.43到5.7 m2的襯底上，沉積層的均勻性控制在10%（不包括20 mm的邊緣部分）范圍內(nèi)（圖1），這足以證明該方法良好的沉積均勻性。 第19頁(yè)，共35頁(yè)。CVD的安全問(wèn)題氣體性質(zhì)氣體性質(zhì)SiH4有毒,易燃,自燃NH3毒、腐蝕SiH2Cl2有毒,易燃,腐蝕H2無(wú)毒、易燃PH3劇毒、易燃O2無(wú)毒、助燃B2H6劇毒、易燃N2O有毒、不易燃AsH3劇毒、易燃N2墮性HC

8、l毒、腐蝕Ar惰性第20頁(yè)，共35頁(yè)。國(guó)內(nèi)方大公司的MOCVD反應(yīng)裝置第21頁(yè)，共35頁(yè)。高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)：極限真空：優(yōu)于10-1Pa；工作氣壓：10-1-103Pa；襯底溫度：室溫-400；樣品尺寸：100mm；主要用途：淀積介質(zhì)種類：多晶硅，氮化硅，二氧化硅等第22頁(yè)，共35頁(yè)。多功能等離子體CVD設(shè)備（Plasma Enhanced CVD）主要性能指標(biāo)：PECVD極限真空度6.7x10-4Pa；漏率：10-6Pa.L/S；樣品加熱盤：RT-400oC磁控濺射室真空度1.0 x 10-4Pa；漏率：10-6Pa.L/S；樣品加熱盤：RT-800oC儀器功能及附件

9、：直流靶+射頻靶磁控濺射；一次可以制備6個(gè)樣品；低溫PECVD儀器使用范圍：可用于制備高介電氧化物薄膜材料，同時(shí)PECVD設(shè)備具有了低溫下獲取高質(zhì)量薄膜。第23頁(yè)，共35頁(yè)。當(dāng)前MOCVD主要供應(yīng)商只有兩家,美國(guó)Veeco，德國(guó)Aixtron。日本的酸素（？）公司MOCVD只在本國(guó)出售。臺(tái)灣工研院機(jī)械與系統(tǒng)研究所已組成臺(tái)灣MOCV產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，大陸13所、48所、55所、上海、寧波、佛山有一定技術(shù)資源和基礎(chǔ)，目前還有一批研究人員回國(guó)。第24頁(yè)，共35頁(yè)。第25頁(yè)，共35頁(yè)。MOCVD1第26頁(yè)，共35頁(yè)。MOCVD2第27頁(yè)，共35頁(yè)。MOCVD3第28頁(yè)，共35頁(yè)。MOCVD4第29頁(yè)，共35頁(yè)

10、。第30頁(yè)，共35頁(yè)。3.7.5 外延新技術(shù)1 分子束外延10-810-9Pa，加熱外延層組分元素使之形成定向分子流，即分子束。該分子束射向具有一定溫度的襯底（一般為400800），沉積在表面形成單晶外延層。生長(zhǎng)速度：0.010.03m/min。外延層質(zhì)量好，雜質(zhì)分布及外延層厚度可控。生長(zhǎng)速度慢，且設(shè)備昂貴。第31頁(yè)，共35頁(yè)。分子束外延分子束外延（MBE molecular beam epitaxy）是在超高真空（10-8Pa）一個(gè)或多個(gè)熱原子或熱分子束和晶體表面反應(yīng)的外延工藝。MBE能夠非常精確地控制化學(xué)組成和參雜濃度。厚度只有原子層量級(jí)的單晶多層結(jié)果可用MBE制作。因此，MBE法可用來(lái)精

11、確制作半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其薄膜層可從幾分之一微米到單層原子。對(duì)砷化鎵而言，厚度一般在1微米。第32頁(yè)，共35頁(yè)。中科院物理所的分子束外延設(shè)備 第33頁(yè)，共35頁(yè)。第34頁(yè)，共35頁(yè)。1、最孤獨(dú)的時(shí)光，會(huì)塑造最堅(jiān)強(qiáng)的自己。2、把臉一直向著陽(yáng)光，這樣就不會(huì)見(jiàn)到陰影。3、永遠(yuǎn)不要埋怨你已經(jīng)發(fā)生的事情，要么就改變它，要么就安靜的接受它。4、不論你在什么時(shí)候開(kāi)始，重要的是開(kāi)始之后就不要停止。5、通往光明的道路是平坦的，為了成功，為了奮斗的渴望，我們不得不努力。6、付出了不一定有回報(bào)，但不付出永遠(yuǎn)沒(méi)有回報(bào)。7、成功就是你被擊落到失望的深淵之后反彈得有多高。8、為了照亮夜空，星星才站在天空的高處。9、我們的人

12、生必須勵(lì)志，不勵(lì)志就仿佛沒(méi)有靈魂。10、拼盡全力，逼自己優(yōu)秀一把，青春已所剩不多。11、一個(gè)人如果不能從內(nèi)心去原諒別人，那他就永遠(yuǎn)不會(huì)心安理得。12、每個(gè)人心里都有一段傷痕，時(shí)間才是最好的療劑。13、如果我不堅(jiān)強(qiáng)，那就等著別人來(lái)嘲笑。14、早晨給自己一個(gè)微笑，種下一天旳陽(yáng)光。15、沒(méi)有愛(ài)不會(huì)死，不過(guò)有了愛(ài)會(huì)活過(guò)來(lái)。16、失敗的定義：什么都要做，什么都在做，卻從未做完過(guò)，也未做好過(guò)。17、當(dāng)我微笑著說(shuō)我很好的時(shí)候，你應(yīng)該對(duì)我說(shuō)，安好就好。18、人不僅要做好事，更要以準(zhǔn)確的方式做好事。19、我們并不需要用太華麗的語(yǔ)言來(lái)包裹自己，因?yàn)槲覀円鲎钫鎸?shí)的自己。20、一個(gè)人除非自己有信心，否則無(wú)法帶給別人

13、信心。21、為別人鼓掌的人也是在給自己的生命加油。22、失去金錢的人損失甚少，失去健康的人損失極多，失去勇氣的人損失一切。23、相信就是強(qiáng)大，懷疑只會(huì)抑制能力，而信仰就是力量。24、那些嘗試去做某事卻失敗的人，比那些什么也不嘗試做卻成功的人不知要好上多少。25、自己打敗自己是最可悲的失敗，自己戰(zhàn)勝自己是最可貴的勝利。26、沒(méi)有熱忱，世間便無(wú)進(jìn)步。27、失敗并不意味你浪費(fèi)了時(shí)間和生命，失敗表明你有理由重新開(kāi)始。28、青春如此華美，卻在煙火在散場(chǎng)。29、生命的道路上永遠(yuǎn)沒(méi)有捷徑可言，只有腳踏實(shí)地走下去。30、只要還有明天，今天就永遠(yuǎn)是起跑線。31、認(rèn)真可以把事情做對(duì)，而用心卻可以做到完美。32、如

14、果上帝沒(méi)有幫助你那他一定相信你可以。33、只要有信心，人永遠(yuǎn)不會(huì)挫敗。34、珍惜今天的美好就是為了讓明天的回憶更美好。35、只要你在路上，就不要放棄前進(jìn)的勇氣，走走停停的生活會(huì)一直繼續(xù)。36、大起大落誰(shuí)都有拍拍灰塵繼續(xù)走。37、孤獨(dú)并不可怕，每個(gè)人都是孤獨(dú)的，可怕的是害怕孤獨(dú)。38、寧可失敗在你喜歡的事情上，也不要成功在你所憎惡的事情上。39、我很平凡，但骨子里的我卻很勇敢。40、眼中閃爍的淚光，也將化作永不妥協(xié)的堅(jiān)強(qiáng)。41、我不去想是否能夠成功，既然選了遠(yuǎn)方，便只顧風(fēng)雨兼程。42、寧可自己去原諒別人，莫等別人來(lái)原諒自己。43、踩著垃圾到達(dá)的高度和踩著金子到達(dá)的高度是一樣的。44、每天告訴自己

15、一次：我真的很不錯(cuò)。45、人生最大的挑戰(zhàn)沒(méi)過(guò)于戰(zhàn)勝自己！46、愚癡的人，一直想要?jiǎng)e人了解他。有智慧的人，卻努力的了解自己。47、現(xiàn)實(shí)的壓力壓的我們喘不過(guò)氣也壓的我們走向成功。48、心若有陽(yáng)光，你便會(huì)看見(jiàn)這個(gè)世界有那么多美好值得期待和向往。49、相信自己，你能作繭自縛，就能破繭成蝶。50、不能強(qiáng)迫別人來(lái)愛(ài)自己，只能努力讓自己成為值得愛(ài)的人。51、不要拿過(guò)去的記憶，來(lái)折磨現(xiàn)在的自己。52、汗水是成功的潤(rùn)滑劑。53、人必須有自信，這是成功的秘密。54、成功的秘密在于始終如一地忠于目標(biāo)。55、只有一條路不能選擇那就是放棄。56、最后的措手不及是因?yàn)楫?dāng)初游刃有余的自己57、現(xiàn)實(shí)很近又很冷，夢(mèng)想很遠(yuǎn)卻很溫

16、暖。58、沒(méi)有人能替你承受痛苦，也沒(méi)有人能搶走你的堅(jiān)強(qiáng)。59、不要拿我跟任何人比，我不是誰(shuí)的影子，更不是誰(shuí)的替代品，我不知道年少輕狂，我只懂得勝者為。60、如果你看到面前的陰影，別怕，那是因?yàn)槟愕谋澈笥嘘?yáng)光。61、寧可笑著流淚，絕不哭著后悔。62、覺(jué)得自己做得到和做不到，只在一念之間。63、跌倒，撞墻，一敗涂地，都不用害怕，年輕叫你勇敢。64、做最好的今天，回顧最好的昨天，迎接最美好的明天。65、每件事情都必須有一個(gè)期限，否則，大多數(shù)人都會(huì)有多少時(shí)間就花掉多少時(shí)間。66、當(dāng)你被壓力壓得透不過(guò)氣來(lái)的時(shí)候，記住，碳正是因?yàn)閴毫Χ兂砷W耀的鉆石。67、現(xiàn)實(shí)會(huì)告訴你，不努力就會(huì)被生活給踩死。無(wú)需找什么

17、借口，一無(wú)所有，就是拼的理由。68、人生道路，絕大多數(shù)人，絕大多數(shù)時(shí)候，人都只能靠自己。69、不是某人使你煩惱，而是你拿某人的言行來(lái)煩惱自己。70、當(dāng)一個(gè)人真正覺(jué)悟的一刻，他放棄追尋外在世界的財(cái)富，而開(kāi)始追尋他內(nèi)心世界的真正財(cái)富。71、失敗并不意味你浪費(fèi)了時(shí)間和生命，失敗表明你有理由重新開(kāi)始。72、人生應(yīng)該樹(shù)立目標(biāo)，否則你的精力會(huì)白白浪費(fèi)。73、山澗的泉水經(jīng)過(guò)一路曲折，才唱出一支美妙的歌。74、時(shí)間告訴我，無(wú)理取鬧的年齡過(guò)了，該懂事了。75、命運(yùn)是不存在的，它不過(guò)是失敗者拿來(lái)逃避現(xiàn)實(shí)的借口。76、人總是在失去了才知道珍惜！77、要銘記在心：每天都是一年中最美好的日子。78、生活遠(yuǎn)沒(méi)有咖啡那么苦

18、澀，關(guān)鍵是喝它的人怎么品味！每個(gè)人都喜歡和向往隨心所欲的生活，殊不知隨心所欲根本不是生活。79、別拿自己的無(wú)知說(shuō)成是別人的愚昧！80、天空的高度是鳥(niǎo)兒飛出來(lái)的，水無(wú)論有多深是魚(yú)兒游出來(lái)的。81、思想如鉆子，必須集中在一點(diǎn)鉆下去才有力量。82、如果我堅(jiān)持什么，就是用大炮也不能打倒我。83、我們要以今天為坐標(biāo)，暢想未來(lái)幾年后的自己。84、日出時(shí)，努力使每一天都開(kāi)心而有意義，不為別人，為自己。85、有夢(mèng)就去追，沒(méi)死就別停。86、今天不為學(xué)習(xí)買單，未來(lái)就為貧窮買單。87、因?yàn)橐粺o(wú)所有這才是拼下去的理由。88、只要我還有夢(mèng)，就會(huì)看到彩虹!89、你既認(rèn)準(zhǔn)這條路，又何必在意要走多久。90、盡管社會(huì)是這樣的現(xiàn)實(shí)和殘酷，但我們還是必須往下走。91、能把在面前行走的機(jī)會(huì)抓住的人，十有