半導(dǎo)體工藝原理-硅外延制備工藝(2013.3.25)(貴州大學(xué))

硅外延制備工藝定義工藝目的外延設(shè)備外延工藝流程單晶半導(dǎo)體材料硅外延生長(zhǎng)

只有體單晶材料不能滿足日益發(fā)展的各種半導(dǎo)體器件制作的需要，1959年末開發(fā)了薄層單晶材料生長(zhǎng)技術(shù)——外延生長(zhǎng)。

外延生長(zhǎng)就是在一定條件下，在經(jīng)過(guò)切、磨、拋等仔細(xì)加工的單晶襯底上，生長(zhǎng)一層合乎要求的單晶層的方法。由于所生長(zhǎng)的單晶層是襯底晶格的延伸，所以所生長(zhǎng)的材料層叫做外延層。

外延的分類

根據(jù)外延層的性質(zhì)，生長(zhǎng)方法和器件制作方式不同，可以把外延分成不同的種類。1、按外延層的性質(zhì)分類同質(zhì)外延：外延層與襯底是同種材料，例如在硅上外延生長(zhǎng)硅，在GaAs上外延生長(zhǎng)GaAs均屬于同質(zhì)外延。異質(zhì)外延：襯底材料和外延層是不同種材料，例如在藍(lán)寶石上外延生長(zhǎng)硅，在GaAs上外延生長(zhǎng)GaAlAs等屬于異質(zhì)外延。2、按器件位置分類正外延：器件制作在外延層上反外延：器件制作在襯底上，外延層只起支撐作用3、按外延生長(zhǎng)方法分類直接外延：是用加熱、電子轟擊或外加電場(chǎng)等方法使生長(zhǎng)的材料原子獲得足夠能量，直接遷移沉積在襯底表面上完成外延生長(zhǎng)的方法，如真空淀積、濺射、升華等。但此類方法對(duì)設(shè)備要求苛刻。薄膜的電阻率、厚度的重復(fù)性差，因此一直未能用于硅外延生產(chǎn)中。

間接外延：是利用化學(xué)反應(yīng)在襯底表面上沉積生長(zhǎng)外延層，廣義上稱為化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition，CVD))。但CVD所生長(zhǎng)的薄膜不一定是單晶，因此嚴(yán)格地講只有生長(zhǎng)的薄膜是單晶的CVD才是外延生長(zhǎng)。這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，外延層的各種參數(shù)較容易控制，重復(fù)性好。目前硅外延生長(zhǎng)主要是利用這種方法。4、按向襯底輸運(yùn)外延材料的原子的方法不同又分為真空外延、氣相外延、液相外延等。5、按相變過(guò)程，外延又可分為氣相外延、液相外延、固相外延。對(duì)于硅外延，應(yīng)用最廣泛的是氣相外延。外延的作用

硅外延生長(zhǎng)技術(shù)開始的時(shí)候，正是硅高頻大功率晶體管制做遇到困難的時(shí)刻。從晶體管原理來(lái)看，要獲得高頻大功率，必須做到集電極擊穿電壓要高，串聯(lián)電阻要小，即飽和壓降要小。前者要求集電極區(qū)材料電阻率要高，而后者要求集電區(qū)材料電阻率要低，兩者互相矛盾。如果采用將集電區(qū)材料厚度減薄的方法來(lái)減少串聯(lián)電阻，會(huì)使硅片太薄易碎，無(wú)法加工。若降低材料的電阻率，則又與第一個(gè)要求矛盾，外延技術(shù)則成功地解決了這一困難。外延工藝解決的問題解決辦法：在電阻率極低的襯底上生長(zhǎng)一層高電阻率外延層，器件制做在外延層上，這樣高電阻率的外延層保證管子有高的擊穿電壓，而低電阻率的襯底又降低了基片的電阻，降低了飽和壓降，從而解決了二者的矛盾。

不僅如此，GaAs等Ⅲ一V族、Ⅱ一Ⅵ族以及其他化合物半導(dǎo)體材料的氣相外延，液相外延，分子束外延，金屬有機(jī)化合物氣相外延等外延技術(shù)也都得到很大的發(fā)展，已成為絕大多數(shù)微波、光電器件等制做不可缺少的工藝技術(shù)。特別是分子束、金屬有機(jī)氣相外延技術(shù)在超薄層、超晶格、量子阱、應(yīng)變超晶格、原子級(jí)薄層外延方面成功的應(yīng)用，為半導(dǎo)體研究的新領(lǐng)域“能帶工程”的開拓打下了基礎(chǔ)。外延生長(zhǎng)的特點(diǎn)(1)可以在低(高)阻襯底上外延生長(zhǎng)高(低)阻外延層。(2)可以在P(N)型襯底上外延生長(zhǎng)N(P)型外延層，直接形成PN結(jié)，不存在用擴(kuò)散法在單晶基片上制作PN結(jié)時(shí)的補(bǔ)償?shù)膯栴}。(3)與掩膜技術(shù)結(jié)合，在指定的區(qū)域進(jìn)行選擇外延生長(zhǎng)，為集成電路和結(jié)構(gòu)特殊的器件的制作創(chuàng)造了條件。(4)可以在外延生長(zhǎng)過(guò)程中根據(jù)需要改變摻雜的種類及濃度，濃度的變化可以是陡變的，也可以是緩變的。(5)可以生長(zhǎng)異質(zhì)，多層，多組分化合物且組分可變的超薄層。(6)可在低于材料熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率可控，可以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)尺寸厚度的外延生長(zhǎng)。(7)可以生長(zhǎng)不能拉制單晶材料，如GaN，三、四元系化合物的單晶層等。

利用外延片制作半導(dǎo)體器件，特別是化合物半導(dǎo)體器件絕大多數(shù)是制作在外延層上，因此外延層的質(zhì)量直接影響器件的成品率和性能。一般來(lái)說(shuō)外延層應(yīng)滿足下列要求：

(1)表面應(yīng)平整，光亮，沒有亮點(diǎn)，麻坑，霧漬和滑移線等表面缺陷

(2)晶體完整性好，位錯(cuò)和層錯(cuò)密度低。對(duì)于硅外延來(lái)說(shuō)，位錯(cuò)密度應(yīng)低于1000個(gè)／cm2，層錯(cuò)密度應(yīng)低于10個(gè)／cm2，同時(shí)經(jīng)鉻酸腐蝕液腐蝕后表面仍然光亮。

(3)外延層的本底雜質(zhì)濃度要低，補(bǔ)償少。要求原料純度高，系統(tǒng)密封性好，環(huán)境清潔，操作嚴(yán)格，避免外來(lái)雜質(zhì)摻入外延層。外延層應(yīng)滿足的要求(4)對(duì)于異質(zhì)外延，外延層與襯底的組分間應(yīng)突變(要求組分緩變的例外)并盡量降低外延層和襯底間組分互擴(kuò)散。

(5)摻雜濃度控制嚴(yán)格，分布均勻，使得外延層有符合要求而均勻的電阻率。不僅要求一片外延片內(nèi)，而且要求同一爐內(nèi)，不同爐次生長(zhǎng)的外延片的電阻率的一致性好。(6)外延層的厚度應(yīng)符合要求，均勻性和重復(fù)性好。

(7)有埋層的襯底上外延生長(zhǎng)后，埋層圖形畸變很小。(8)外延片直徑盡可能大，利于器件批量生產(chǎn)，降低成本。(9)對(duì)于化合物半導(dǎo)體外延層和異質(zhì)結(jié)外延熱穩(wěn)定性要好。硅的氣相外延生長(zhǎng)氣相硅外延生長(zhǎng)：在高溫下使揮發(fā)性強(qiáng)的硅源與氫氣發(fā)生反應(yīng)或熱解，生成的硅原子淀積在硅襯底上長(zhǎng)成外延層。通常使用的硅源是SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3和SiCL4。

SiHCl3和SiCl4常溫下是液體，外延生長(zhǎng)溫度高，但生長(zhǎng)速度快，易提純，使用安全，所以它們是較通用的硅源。早期多使用SiCl4，近來(lái)使用SiHCl3和SiH2Cl2逐漸增多。SiH2Cl2在常溫下是氣體，使用方便并且反應(yīng)溫度低，是近年來(lái)逐漸擴(kuò)大使用的硅源。SiH4也是氣體，硅烷外延的特點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，無(wú)腐蝕性氣體，可得到雜質(zhì)分布陡峭的外延層，缺點(diǎn)：1、要求生長(zhǎng)系統(tǒng)具有良好的氣密性，否則會(huì)因漏氣而產(chǎn)生大量的外延缺陷。2、SiH4在高溫和高濃度下易發(fā)生氣相分解而生成粉末狀硅使外延無(wú)法進(jìn)行。襯底要求在硅外延中使用的硅襯底是經(jīng)過(guò)切、磨、拋等工藝仔細(xì)加工而成的，外延生長(zhǎng)前又經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的清洗、烘干，但表面上仍殘存有損傷、污染物及氧化物等。為了提高外延層的完整性，在外延生長(zhǎng)前應(yīng)在反應(yīng)室中進(jìn)行原位化學(xué)腐蝕拋光，以獲得潔凈的硅表面。常用的化學(xué)腐蝕劑為干燥的HCl或HBr，在使SiH4外延生長(zhǎng)時(shí)，由于SF6具有無(wú)毒和非選擇、低溫腐蝕特點(diǎn)，所以可用它做腐蝕拋光劑。為了控制外延層的電特性，通常使用液相或氣相摻雜法。作為N型摻雜劑的有PCl3,PH3和AsCl3，而作為P型摻雜劑的有BCl3、BBr3和B2H6等。硅外延生長(zhǎng)設(shè)備硅外延生長(zhǎng)設(shè)備主要由四部分組成，即氫氣凈化系統(tǒng)、氣體輸運(yùn)及控制系統(tǒng)、加熱設(shè)備和反應(yīng)室。根據(jù)反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)，硅外延生長(zhǎng)系統(tǒng)有水平式和立式兩種，前者已很少使用，后者又分為平板式和桶式。立式外延爐，外延生長(zhǎng)時(shí)基座不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，故均勻性好、生產(chǎn)量大。由于SiCl4等硅源的氫還原及SiH4的熱分解反應(yīng)的△H為正值，即提高溫度有利于硅的淀積，因此反應(yīng)器需要加熱，加熱方式主要有高頻感應(yīng)加熱和紅外輻射加熱。通常在石英或不銹鋼反應(yīng)室內(nèi)放有高純石墨制的安放硅襯底的基座，為了保證硅外延層質(zhì)量，石墨基座表面包覆著SiC或沉積多晶硅膜。我國(guó)目前最先進(jìn)的硅外延設(shè)備中國(guó)最大的半導(dǎo)體相關(guān)應(yīng)用研究院之一，有色金屬研究總院(GRINM)向InternationalN.V.訂購(gòu)的300mm外延設(shè)備--Epsilon?3200。Epsilon3200主要用途是硅和鍺化硅的外延生長(zhǎng)。這是銷售到中國(guó)大陸的首臺(tái)300mm外延設(shè)備ASMInternationalN.V.(荷蘭)和它的分支機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造用于生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置的設(shè)備和材料。公司通過(guò)他們?cè)诿绹?guó)，歐洲，日本和亞洲的工廠既為硅晶片處理（前工序），也為集成和封裝（后工序）提供生產(chǎn)解決方案。EpsilonSeriesSingle-WaferEpitaxialReactors

紅外加熱：AMC77007810MTC7700K高頻感應(yīng)加熱：gemini2(180khz）低頻感應(yīng)加熱：EPIPRO5000(25khz)MBE_STM聯(lián)合系統(tǒng)

氣相外延常用的基座桶形基座圓盤形基座（垂直基座）水平基座單片式外延反應(yīng)基座硅外延生長(zhǎng)基本工藝硅單晶定向

切割400-500μm磨平

拋光Si02膠體溶液清洗烘干置于基座抽高真空通高純H2加熱去除氧化層通氫氣和硅源恒溫反應(yīng)

斷硅源停止反應(yīng)室溫取出參數(shù)測(cè)試通刻蝕劑原位刻蝕通氫氣排出刻蝕劑一、硅外延生長(zhǎng)的基本原理和影響因素

采用不同的硅源其外延生長(zhǎng)原理大致相同，以研究得較充分的sicl4為源的水平系統(tǒng)外延生長(zhǎng)為例，生長(zhǎng)時(shí)要考慮下列影響因素。1．SiCl4濃度對(duì)生長(zhǎng)速率的影響2．溫度對(duì)生長(zhǎng)速率的影響3．氣流速度對(duì)生長(zhǎng)速率的影響4．襯底晶向的影響硅氣相外延生長(zhǎng)裝置原理圖反應(yīng)原理：

SiCl4（氣體）+2H2（氣體）

Si+4HCl（氣體）同時(shí)伴隨著另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)：

SiCl4（氣體）

+Si

SiCl2（氣體）因此，如果四氯化硅濃度太高，將發(fā)生硅的腐蝕而不是硅的生長(zhǎng)。生長(zhǎng)過(guò)程：硅外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程：1、氣-固表面復(fù)相化學(xué)反應(yīng)模型在接近基座表面的流體中出現(xiàn)一個(gè)流體速度受到干擾而變化的薄層，而在薄層外的流速不受影響，稱此薄層為邊界層，也叫附面層，停滯層，滯流層。此模型認(rèn)為硅外延生長(zhǎng)包括下列步驟:1.反應(yīng)物氣體混合向反應(yīng)區(qū)輸運(yùn)2.反應(yīng)物穿過(guò)邊界層向襯底表面遷移3.反應(yīng)物分子被吸附在高溫襯底表面上4.在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成生長(zhǎng)晶體的原子和氣體副產(chǎn)物，原子進(jìn)入晶格格點(diǎn)位置形成晶格點(diǎn)陣，實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)5.副產(chǎn)物氣體從表面脫附并穿過(guò)邊界層向主氣流中擴(kuò)散6.氣體副產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)物，離開反應(yīng)區(qū)被排出系統(tǒng)2、氣相均質(zhì)反應(yīng)模型

這個(gè)模型認(rèn)為：

外延生長(zhǎng)反應(yīng)不是在固－氣界面上，而是在距襯底表面幾微米的空間中發(fā)生。反應(yīng)生成的原子或原子團(tuán)再轉(zhuǎn)移到襯底表面上完成晶體生長(zhǎng)。

1、生長(zhǎng)速率與溫度的關(guān)系式中，Cg

代表主氣流中的反應(yīng)劑濃度，N

代表硅的原子密度除以反應(yīng)氣體分子中的硅原子數(shù)。

外延膜的生長(zhǎng)速率R

可表為硅外延生長(zhǎng)的主要影響因素

當(dāng)溫度較低時(shí)，hg>>ks

，生長(zhǎng)速率由表面反應(yīng)速率常數(shù)ks

決定；當(dāng)溫度較高時(shí)，hg

<<ks

，生長(zhǎng)速率由氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)

hg

決定。

溫度較低時(shí),生長(zhǎng)速率隨溫度升高呈指數(shù)規(guī)律上升。較高溫度區(qū),生長(zhǎng)速率隨溫度變化較平緩。

實(shí)際生產(chǎn)中外延溫度在高溫區(qū)，生長(zhǎng)速率由氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)

hg

決定，這時(shí)溫度的微小變動(dòng)不會(huì)對(duì)生長(zhǎng)速率造成顯著的影響，因此外延對(duì)溫度控制精度的要求不是太高。

在高溫區(qū)進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，到達(dá)硅片表面的硅原子有足夠的能量和遷移能力，可在硅片表面運(yùn)動(dòng)而到達(dá)晶格位置，從而外延出單晶薄膜。溫度太低或太高，都會(huì)形成多晶薄膜。溫度太高還會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)的擴(kuò)散加重。

在一般的工藝條件下，外延生長(zhǎng)速率約為

1

m

/min。

可以利用

SiH4

熱分解法來(lái)進(jìn)行硅的氣相外延。但這種方法雖然溫度較低

，卻因

SiH4

會(huì)在氣相中成核而產(chǎn)生較多的顆粒

，除非使用超高真空，否則外延層的質(zhì)量很差。

硅的氣相外延多利用硅氯化物SiHxCl4-x

(

x=0、1、2、3

)與

H2

的反應(yīng)來(lái)淀積單晶硅。反應(yīng)氣體分子中氯原子數(shù)越少，所需的化學(xué)反應(yīng)激活能就越小，反應(yīng)溫度就越低。最早使用的是

SiCl4，激活能為

1.6

~1.7

eV，反應(yīng)溫度在

1150oC

以上?，F(xiàn)在普遍使用的是SiH2Cl2，激活能為

0.3~0.6

eV。

2、生長(zhǎng)速率與反應(yīng)劑濃度的關(guān)系

所有的氯硅烷都有相似的反應(yīng)途徑，先通過(guò)同質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生氣態(tài)的次生反應(yīng)物

SiCl2

和

HCl，然后再發(fā)生以下可逆反應(yīng)

SiCl2+H2

Si+2

HCl

以

SiCl4

為例，當(dāng)反應(yīng)劑濃度較低時(shí)，SiCl2

和

HCl

的濃度都較低，正向反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率隨反應(yīng)劑濃度的提高而加快

。由于

HCl

濃度比

SiCl2

濃度提高得更快

，當(dāng)反應(yīng)劑濃度達(dá)到某值時(shí)，生長(zhǎng)速率達(dá)到最大，之后隨反應(yīng)劑濃度的提高而變慢。當(dāng)反應(yīng)劑濃度繼續(xù)提高到某值時(shí)，逆向反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，發(fā)生對(duì)硅的腐蝕，且腐蝕速率隨反應(yīng)劑濃度的提高而加快。

生長(zhǎng)速率太快也會(huì)導(dǎo)致形成多晶層。

定義氣體的超飽和度為

當(dāng)為正時(shí)發(fā)生外延生長(zhǎng)，當(dāng)為負(fù)時(shí)發(fā)生硅的腐蝕。

氣體流速將影響滯流層的厚度。滯流層平均厚度與氣體流速之間的關(guān)系是3、生長(zhǎng)速率與氣體流速的關(guān)系

一般的外延工藝條件下，生長(zhǎng)速率由氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)

hg決定，生長(zhǎng)速率隨氣體流速的增加而增加。但當(dāng)氣體流速很大時(shí)，滯流層厚度很薄，hg

變得很大，使外延生長(zhǎng)由反應(yīng)劑輸運(yùn)限制過(guò)渡到化學(xué)反應(yīng)速率限制，這時(shí)生長(zhǎng)速率由化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)ks

決定而與氣體流速的關(guān)系不大。

二、硅外延層電阻率的控制不同器件對(duì)外延層的電參數(shù)要求是不同的。為精確控制器件的電阻率，需要精確控制外延層中的雜質(zhì)濃度和分布。外延層中的雜質(zhì)及摻雜外延層中雜質(zhì)的來(lái)源（1）主摻雜質(zhì)：用于控制外延層的電阻率。常用磷烷、砷烷和乙硼烷作為主摻雜質(zhì)源。它與硅源一道隨主氣流進(jìn)入外延反應(yīng)室，在外延生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)入外延層。（2）固態(tài)外擴(kuò)散雜質(zhì)：（a）襯底中摻入的雜質(zhì)在外延過(guò)程中，通過(guò)固態(tài)外擴(kuò)散進(jìn)入外延層；（b）對(duì)于同型外延，襯底中反型雜質(zhì)通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散進(jìn)入外延層形成外延夾層。（3）氣相自摻雜：重?fù)揭r底或重?fù)铰駥又械碾s質(zhì)經(jīng)蒸發(fā)后進(jìn)入氣流中在后又摻入外延層中。（4）系統(tǒng)自摻雜：吸附在外延反應(yīng)室內(nèi)壁和外延基座表面的雜質(zhì)，解吸后進(jìn)入氣流形成新的摻雜源。（5）金屬雜質(zhì)：襯底硅片、外延基座和外延系統(tǒng)中沾污的金屬雜質(zhì)在外延過(guò)程中進(jìn)入外延層。外延層中總的載流子濃度N總可表示為

N總=N襯底±N氣±N鄰片±N擴(kuò)散±N基座±N系統(tǒng)

N襯底：為由襯底中揮發(fā)出來(lái)的雜質(zhì)在外延生長(zhǎng)時(shí)摻入外延層中的雜質(zhì)濃度分量。

N氣：為外延層中來(lái)自混合氣體的雜質(zhì)濃度分量。

N鄰片：為外延層中來(lái)自相鄰襯底的雜質(zhì)濃度分量。

N擴(kuò)散：為襯底中雜質(zhì)經(jīng)過(guò)固相擴(kuò)散進(jìn)入外延層中的雜質(zhì)濃度分量。

N基座：為來(lái)自基座的雜質(zhì)濃度分量。

N系統(tǒng)：為來(lái)自除上述因素以外整個(gè)生長(zhǎng)系統(tǒng)引入的雜質(zhì)濃度分量。式中的正負(fù)號(hào)由雜質(zhì)類型決定，與襯底中雜質(zhì)同類型者取正號(hào)，與襯底中雜質(zhì)反型者取負(fù)號(hào)。式中的正負(fù)號(hào)由雜質(zhì)類型決定，與襯底中雜質(zhì)同類型者取正號(hào)，與襯底中雜質(zhì)反型者取負(fù)號(hào)。

N氣、N基座、N系統(tǒng)由于雜質(zhì)不是來(lái)源于襯底片故被稱為外摻雜。N系統(tǒng)主要與系統(tǒng)的清潔度有關(guān)，N基座主要與基座的純度有關(guān)，而N氣主要由摻雜決定，如果清潔處理良好，并采用高純的基座，則外摻雜主要由人為的摻雜條件來(lái)決定。

N散、N襯底、N鄰片的雜質(zhì)來(lái)源于襯底片，所以又通稱為自摻雜。盡管外延層中的雜質(zhì)來(lái)源于各方面，但決定外延層電阻率的主要因素還是人為控制的摻雜劑的多少；即N氣起主導(dǎo)作用(不摻雜的高阻外延層，如生長(zhǎng)很薄，主要由自摻雜決定，如生長(zhǎng)很厚應(yīng)由SiCl4源的純度決定。)其他雜質(zhì)分量因變化多端，它們會(huì)干擾外延層電阻率的精確控制，所以在外延時(shí)應(yīng)采取各種辦法來(lái)抑制它們，或減少其影響。要降低襯底雜質(zhì)外擴(kuò)散的影響有兩個(gè)途徑：一是降低外延生長(zhǎng)的溫度；二是選擇擴(kuò)散系數(shù)小的雜質(zhì)作為襯底或埋層的摻雜劑。常用雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)大小的順序：P>B>As>Sb。其中As和Sb在外延溫度1100℃-1200℃內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)是差不多的。抑制自摻雜應(yīng)盡量減少雜質(zhì)從襯底或埋層中逸出；清除滯留層中儲(chǔ)存的雜質(zhì)；阻止蒸發(fā)的雜質(zhì)再結(jié)合進(jìn)外延層。實(shí)現(xiàn)減少雜質(zhì)從襯底或埋層中逸出的途徑是：（1）降低外延預(yù)熱和外延生長(zhǎng)的溫度；（2）選擇蒸汽壓低的雜質(zhì)作為襯底或埋層的摻雜劑；（3）襯底背封（這對(duì)埋層上的外延效果不大）。如果用某種阻擋層來(lái)封閉襯底背面就能抑制背面雜質(zhì)的蒸發(fā)從而減少自摻雜。低溫外延尚未大量用于外延生產(chǎn)降低系統(tǒng)自摻雜方法降低系統(tǒng)自摻雜的有效方法是對(duì)石墨基座進(jìn)行HCl

高溫處理，處理的溫度應(yīng)該高于外延生長(zhǎng)溫度。所謂高溫處理就是用HCl

在高溫下把基座上淀積的硅腐蝕掉，在腐蝕后立即在基座上包一層本征硅用來(lái)封閉基座。在高溫處理時(shí)吸附在反應(yīng)室內(nèi)壁的雜質(zhì)也會(huì)被解吸，然后被主氣流帶走。對(duì)于以易蒸發(fā)的重?fù)?/p>

襯底的外延，在批量生產(chǎn)時(shí)更應(yīng)該在每爐生長(zhǎng)前對(duì)基座進(jìn)行高溫HCl

處理。主摻雜質(zhì)

主摻雜質(zhì)是硅外延層中主要的摻雜劑，用于控制外延層的導(dǎo)電類型和電阻率。目前硅外延生產(chǎn)中常用的主摻雜質(zhì)源是磷烷（PH3）、砷烷（AsH3）和乙硼烷（B2H6）等，它們以氣相形式與硅源及H2組成外延的主氣流進(jìn)入外延反應(yīng)室，在外延生長(zhǎng)的同時(shí)一道摻入外延層。通過(guò)控制主摻雜質(zhì)源的流量就能控制硅外延層中的摻雜量，即控制外延層的電阻率。外延生長(zhǎng)的摻雜

外延用PCl3、AsCl3、SbCl3和AsH3做N型摻雜劑，用BCl3、BBr3、B2H6做P型摻雜劑。以SiCl4為源，用鹵化物摻雜劑時(shí)，使用兩個(gè)SiCl4揮發(fā)器。一個(gè)裝含摻雜劑量為SiCl4量的1/104-1/105的SiCl4，另一個(gè)裝純SiCl4。摻雜生長(zhǎng)時(shí)，調(diào)節(jié)通過(guò)兩個(gè)揮發(fā)器的氫氣流量和揮發(fā)器的溫度，就可以靈活地控制外延片的電阻率。對(duì)于AsH3、B2H6這類氫化物摻雜劑，常用純H2將它們稀釋后裝入鋼瓶中，控制它和通過(guò)SiCl4揮發(fā)器的H2流量來(lái)調(diào)整外延層的電阻率。這是目前應(yīng)用比較廣泛的摻雜方法。以SiH4為源，其摻雜劑使用的是AsH3,B2H6。生長(zhǎng)高阻P型硅外延層時(shí)，常用低阻P型襯底的自摻雜效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)摻雜。摻雜原理：AsH3As+3/2H256三、硅外延層的缺陷分類：

表面缺陷，也叫宏觀缺陷如云霧，劃道，亮點(diǎn)，塌邊，角錐，滑移線等內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，也叫微觀缺陷如層錯(cuò)，位錯(cuò)57云霧狀表面外延片表面呈乳白色條紋，在光亮處肉眼可以看到。一般由于氫氣純度低，含水過(guò)多，或氣相拋光濃度過(guò)大，生長(zhǎng)溫度太低等引起的。角錐體：又稱三角錐或乳突。形狀像沙丘，用肉眼可以看到。58霧狀表面缺陷①霧圈②白霧③