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1、3.7 外延工艺,外延工艺属于化学气相淀积，化学气相淀积(CVD)是利用化学反应的方式在反应室内将反应物（通常为气体）生成固态的生成物，并沉积在晶片表面的一种薄膜沉积技术。 CVD已成为半导体生产过程中最重要的薄膜沉积方式。在目前的超大规模集成电路生产过程中，部分金属材料还使用溅镀之外，所有其它材料均以CVD法沉积。主要的介电材料有SiO2 、Si3N4、PSG（磷硅玻璃）、BPSG（硼磷硅玻璃），导体有WSix、W及多晶硅，半导体有硅。 用于制作单晶硅薄膜的CVD，通常均以另一种名称称呼：外延(epitaxy)。,CVD法的步骤： 1. 参加反应的气体的混合物被输运到沉积区 2.反应物分子由
2、主气流扩散到衬底的表面 3.反应物分子吸附在衬底表面上 4.吸附物分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反应，生成硅原子和化学反应副产物，硅原子沿衬底表面迁移并结合进入晶体点阵。 5.反应副产物分子从衬底表面解吸 6.副产物分子由衬底表面外扩散到主气流中，然后排出淀积区,反应物和载气（如H2）一起被引入反应器中，而晶片一般维持在650到850的范围。必须有足够的砷的过蒸汽压，以防止衬底和生长层的热分解。,3.7.1 外延生长原理 1 气相外延 外延是指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术，新单晶的晶向取决于衬底，由衬底向外外延而成。 外延方法很多，硅半导体器件中通常采用硅的气相外延法。其过程是：四氯
3、化硅（SiCl4)或硅烷（SiH4)，在加热的硅衬底表面与氢发生反应或自身发生热分解，还原成硅，并以单晶形式沉积在硅衬底表面。,2外延生长设备,外延系统应满足如下要求： (1)气密性好 (2)温度均匀且精确可控，能保证衬底均匀地升温与降温； (3)气流均匀分布 (4)反应剂与掺杂计的浓度及流量精确可控 (5)管道、阀门用不锈钢制造，并保证连接可靠。 (6)要使用多个流量计使反应剂与掺杂计的浓度及流量精确可控。 (7)石墨基座由高纯墨制成。加热采用射频感应加热方式。,工艺（SiCl4)： 1、处理硅片 2、基座的HCl腐蚀去硅程序 （1）N2预冲洗 （2）H2预冲洗 （3）升温（两步） （4）H
4、Cl排空、腐蚀 （5）H2冲洗 （6）N2冲洗 3、外延生长 （1）N2预冲洗 （2）H2预冲洗,（3）升温（两步） （4）HCl排空、抛光 （5）H2清洗 （6）外延生长 （7）H2清洗-降低自掺杂效应 （8）降温 （9）N2清洗,3.7.3 介质材料CVD 1、SiO2 用途：在大规模集成电路的制造技术中CVD法SiO2的使用和氧化法SiO2互为补充。 采用下列两种反应： 后者已TEOS为主的SiO2LPCVD，阶梯覆盖能力甚佳，应用较广。,2、磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG) 磷硅玻璃（PSG）最大的用途是作为半导体元件的保护层。 前者用常压CVD，温度约为400C，外观较纯S
5、iO2的结果来得平滑。其玻态转变温度亦较SiO2得低。 后者用PECVD法 硼磷硅玻璃（BPSG)就是在上述的PSG内，再加入少量硼的一种同时含硼与磷的二氧化硅。 BPSG广泛应用于尚未进行金属沉积前的表面平坦化介质材料。,3、氮化硅 氮化硅的用处：场氧化掩蔽膜、钝化层 4、多晶硅CVD,3.7.4 金属材料CVD,硅化钨（Polycide结构） 钨： 在一些需要多层金属层的VLSL工艺中，以LPCVD法所淀积的钨，已被大多数的半导体厂商用在作为上下金属层的中间金属连接物。,CVD反应室是整个CVD设备的心脏 任何一个 CVD系统均包含一个反应室、一组气体传输系统、排气系统及工艺控制系统,3.
6、7.5 CVD反应室,低压LPCVD,低压化学气相淀积LPCVD反应器,等离子体化学气相淀积PECVD反应器,资料：扩展的PECVD制造大面积太阳能电池,基于非晶硅（a-Si:H）和微晶硅（c-Si:H）的薄膜太阳能电池模块日渐成为低成本、大尺度光伏（PV）应用的最佳选择。这类模块的吉瓦级产品需要大面积的均匀吸收层，同时也需要很高的吸收层的沉积速度。 采用具有知识产权保护的AKT等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工具，可以以很高的速率沉积非常均匀的薄膜，并且具有很高的产率和工艺灵活性。在面积从0.43到5.7 m2的衬底上，沉积层的均匀性控制在10%（不包括20 mm的边缘部分）范围内（图
7、1），这足以证明该方法良好的沉积均匀性。,CVD的安全问题,国内方大公司的MOCVD反应装置,高密度等离子体化学气相沉积设备,主要技术指标： 极限真空：优于10-1Pa； 工作气压：10-1-103Pa； 衬底温度：室温-400； 样品尺寸：100mm； 主要用途：淀积介质种类：多晶硅，氮化硅，二氧化硅等,多功能等离子体CVD设备 （Plasma Enhanced CVD）,主要性能指标： PECVD极限真空度6.7x10-4Pa；漏率：10-6Pa.L/S；样品加热盘：RT-400oC 磁控溅射室真空度1.0x 10-4Pa；漏率：10-6Pa.L/S；样品加热盘：RT-800oC 仪器功能
8、及附件： 直流靶+射频靶磁控溅射； 一次可以制备6个样品； 低温PECVD 仪器使用范围： 可用于制备高介电氧化物薄膜材料，同时PECVD设备具有了低温下获取高质量薄膜。,当前MOCVD主要供应商只有两家,美国Veeco，德国Aixtron。 日本的酸素（？）公司MOCVD只在本国出售。 台湾工研院机械与系统研究所已组成台湾MOCV产业联盟，大陆13所、48所、55所、上海、宁波、佛山有一定技术资源和基础，目前还有一批研究人员回国。,MOCVD1,MOCVD2,MOCVD3,MOCVD4,3.7.5 外延新技术,1 分子束外延 10-810-9Pa，加热外延层组分元素使之形成定向分子流，即分子束。 该分子束射向具有一定温度的衬底（一般为400800），沉积在表面形成单晶外延层。 生长速度：0.010.03m/min。 外延层质量好，杂质分布及外延层厚度可控。 生长速度慢，且设备昂贵。,分子束外延,分子束外延（MBE molecular beam epitaxy）是在超高真空（10-8Pa）一个或多个热原子或热分子束和晶体表面反应的外延工艺。MBE能够非常精确地控制化学组成和参杂浓度。厚度只有原子层量级的单晶多层结果可用MBE制作。因此，MBE法可用来精确制作半导体异质结构，其薄膜层可从几分之一微米到单层原子。对砷化镓而言，厚度一般在1微米。,中科院物理所的分子束外延设备,
