外延工藝培訓(xùn)課件

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)。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(CV1材料方式SiO2AP,LP,PEPSGAP,PEBPSGAP,PESiN4PEPolysiliconLPWSixLPWLP材料方式SiO2AP,LP,PEPSGAP,PEBPSGAP2CVD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)CVD法的步驟：3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蒸汽壓，以防止襯底和生長層的熱分解。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643.7.1外延生長原理1氣相外延外延是指在單晶襯底上生長一層新單晶的技術(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。3.7.1外延生長原理52外延生長設(shè)備2外延生長設(shè)備6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。(7)石墨基座由高純墨制成。加熱采用射頻感應(yīng)加熱方式。外延系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：7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（1）N2預(yù)沖洗（2）H2預(yù)沖洗工藝（SiCl4)：8（3）升溫（兩步）（4）HCl排空、拋光（5）H2清洗（6）外延生長（7）H2清洗-降低自摻雜效應(yīng)（8）降溫（9）N2清洗（3）升溫（兩步）93.7.3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SiO2LPCVD，階梯覆蓋能力甚佳，應(yīng)用較廣。3.7.3介質(zhì)材料CVD102、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400°C，外觀較純SiO2的結(jié)果來得平滑。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。2、磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG)113、氮化硅氮化硅的用處：場(chǎng)氧化掩蔽膜、鈍化層4、多晶硅CVD3、氮化硅123.7.4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。3.7.4金屬材料CVD硅化鎢（Polycide結(jié)構(gòu)）13CVD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)3.7.5CVD反應(yīng)室3.7.5CVD反應(yīng)室14低壓LPCVD低壓LPCVD15低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD反應(yīng)器低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD反應(yīng)器16等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)器等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)器17外延工藝培訓(xùn)課件18資料：擴(kuò)展的PECVD制造大面積太陽能電池

基于非晶硅（a-Si:H）和微晶硅（μc-Si:H）的薄膜太陽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5.7m2的襯底上，沉積層的均勻性控制在±10%（不包括20mm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。

資料：擴(kuò)展的PECVD制造大面積太陽能電池

基于非晶硅（a-19CVD的安全問題氣體性質(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無毒、易燃PH3劇毒、易燃O2無毒、助燃B2H6劇毒、易燃N2O有毒、不易燃AsH3劇毒、易燃N2墮性HCl毒、腐蝕Ar惰性CVD的安全問題氣體性質(zhì)氣體性質(zhì)SiH4有毒,易燃,自燃NH20國內(nèi)方大公司的MOCVD反應(yīng)裝置國內(nèi)方大公司的MOCVD反應(yīng)裝置21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：Φ100mm；主要用途：淀積介質(zhì)種類：多晶硅，氮化硅，二氧化硅等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)：22多功能等離子體CVD設(shè)備

（PlasmaEnhancedCVD）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≤1.0x10-4Pa；漏率：≤10-6Pa.L/S；樣品加熱盤：RT-800oC儀器功能及附件：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。多功能等離子體CVD設(shè)備

（PlasmaEnhanced23當(dāng)前MOCVD主要供應(yīng)商只有兩家,美國Veeco，德國Aixtron。日本的酸素（？）公司MOCVD只在本國出售。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。當(dāng)前MOCVD主要供應(yīng)商只有兩家,美國Veeco，德國Aix24外延工藝培訓(xùn)課件25MOCVD1MOCVD126MOCVD2MOCVD227MOCVD3MOCVD328MOCVD4MOCVD429外延工藝培訓(xùn)課件303.7.5外延新技術(shù)1分子束外延10-8~10-9Pa，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400~800℃），沉積在表面形成單晶外延層。生長速度：0.01~0.03μm/min。外延層質(zhì)量好，雜質(zhì)分布及外延層厚度可控。生長速度慢，且設(shè)備昂貴。3.7.5外延新技術(shù)1分子束外延31分子束外延分子束外延（MBEmolecularbeamepitaxy）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法可用來精確制作半導(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。分子束外延分子束外延（MBEmolecularbeam32中科院物理所的分子束外延設(shè)備

中科院物理所的分子束外延設(shè)備

33外延工藝培訓(xùn)課件34演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！353.7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)。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(CV36材料方式SiO2AP,LP,PEPSGAP,PEBPSGAP,PESiN4PEPolysiliconLPWSixLPWLP材料方式SiO2AP,LP,PEPSGAP,PEBPSGAP37CVD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)CVD法的步驟：38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蒸汽壓，以防止襯底和生長層的熱分解。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6393.7.1外延生長原理1氣相外延外延是指在單晶襯底上生長一層新單晶的技術(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。3.7.1外延生長原理402外延生長設(shè)備2外延生長設(shè)備41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。(7)石墨基座由高純墨制成。加熱采用射頻感應(yīng)加熱方式。外延系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：42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（1）N2預(yù)沖洗（2）H2預(yù)沖洗工藝（SiCl4)：43（3）升溫（兩步）（4）HCl排空、拋光（5）H2清洗（6）外延生長（7）H2清洗-降低自摻雜效應(yīng)（8）降溫（9）N2清洗（3）升溫（兩步）443.7.3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SiO2LPCVD，階梯覆蓋能力甚佳，應(yīng)用較廣。3.7.3介質(zhì)材料CVD452、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400°C，外觀較純SiO2的結(jié)果來得平滑。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。2、磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG)463、氮化硅氮化硅的用處：場(chǎng)氧化掩蔽膜、鈍化層4、多晶硅CVD3、氮化硅473.7.4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。3.7.4金屬材料CVD硅化鎢（Polycide結(jié)構(gòu)）48CVD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)3.7.5CVD反應(yīng)室3.7.5CVD反應(yīng)室49低壓LPCVD低壓LPCVD50低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD反應(yīng)器低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD反應(yīng)器51等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)器等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)器52外延工藝培訓(xùn)課件53資料：擴(kuò)展的PECVD制造大面積太陽能電池

基于非晶硅（a-Si:H）和微晶硅（μc-Si:H）的薄膜太陽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5.7m2的襯底上，沉積層的均勻性控制在±10%（不包括20mm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。

資料：擴(kuò)展的PECVD制造大面積太陽能電池

基于非晶硅（a-54CVD的安全問題氣體性質(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無毒、易燃PH3劇毒、易燃O2無毒、助燃B2H6劇毒、易燃N2O有毒、不易燃AsH3劇毒、易燃N2墮性HCl毒、腐蝕Ar惰性CVD的安全問題氣體性質(zhì)氣體性質(zhì)SiH4有毒,易燃,自燃NH55國內(nèi)方大公司的MOCVD反應(yīng)裝置國內(nèi)方大公司的MOCVD反應(yīng)裝置56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：Φ100mm；主要用途：淀積介質(zhì)種類：多晶硅，氮化硅，二氧化硅等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)：57多功能等離子體CVD設(shè)備

（PlasmaEnhancedCVD）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≤1.0x10-4Pa；漏率：≤10-6Pa.L/S；樣品加熱盤：RT-800oC儀器功能及附件：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。多功能等離子體CVD設(shè)備

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