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硅外延片
閱讀�11717時間�2011-04-26 17:19:16

  �外延�在硅單晶襯底上沿其原來的晶向再生長一層硅單晶薄膜�半導(dǎo)�硅材�。嚴格的說是在N型硅拋光�襯底上生長的N型外延層(N/N+)和在P型硅拋光片襯底上生長的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單晶襯底上,外延層作為基�,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�、液相外延、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。對于亞微米級外�,從低溫看,硅烷似乎比其他源�,但硅烷在極少量空氣存在下會在硅外延層中�(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蒸汽的氫氣流過襯底表�。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走。而游離狀�(tài)的硅原子�(jīng)表面和臺階擴散,坐落在晶格格點上,釋放潛�,成為晶相原�,實�(xiàn)外延生長。實際上此過程遠比上述反�(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�,形成邊界層,反�(yīng)劑以及摻雜劑要擴散通過此邊界層到達生長層,反應(yīng)副產(chǎn)物也要擴散通過此邊界層返回到主流區(qū)。邊界層厚度對氣流速度很敏感。設(shè)計反�(yīng)器和制定工藝條件�,必須考慮邊界層厚度對輸運過程的影�。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,于外延沉積前進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等�

硅外延系�(tǒng)�(shè)�

  硅外延所用設(shè)備見�,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�。臥式為水平放置的石英管,現(xiàn)多為矩形管以改善均勻�;放置襯底的包覆了碳化硅的石墨基座相對氣流有3。~5。的傾斜,以利于改善均勻�。為進一步提高外延層的均勻�,便出現(xiàn)了立式反�(yīng)器,其大多為鐘罩�,基座是水平放置的并可轉(zhuǎn)動的圓盤,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)勀為�(jié)合臥式和立式二者的�(yōu)�,便有為人們所樂意使用的桶式反�(yīng)器,其外形與立式相仿,但基座為可�(zhuǎn)動的直立柱體,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)加熱是通過基座背面進行的,基座和硅片間有溫度差,容易使硅片翹曲,引起位錯和滑移�(yīng)�,為克服此缺點,后來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、流量計和耐腐蝕材料制的相連接所組成的密封不漏氣的系�(tǒng)。它對各種氣體的流量進行精密的控制和�(diào)節(jié)。所用的閥門從最原始的玻璃考慮到后來采用的不銹鋼閥、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;流量計也由一般的�(zhuǎn)子流量計�(fā)展到普遍使用�(zhì)量流量計;反�(yīng)氣體組分也由手工操作�(diào)節(jié)為自動控制所取代�

  氫氣凈化裝置      是以各種吸附劑或鈀管對氫氣進行凈化以達到所需純度。為獲得�(zhì)量優(yōu)�、重�(xiàn)性好的硅外延�,現(xiàn)代的硅外延設(shè)備已能對整個外延全過程實現(xiàn)自動化程序控��

  �(zhì)量控�        硅外延片�(zhì)量直接影響到器件性能。SiCl4硅外延是一個高溫可逆反�(yīng)的過�,襯底中的雜�(zhì)通過擴散、蒸�(fā)、自摻雜等效�(yīng),加之氣沒能及時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、位錯等晶格缺陷和劃�、亮點、角�、霧狀等表面形貌缺陷。襯底制備質(zhì)�、加熱方式、生長速度、氣氛和試劑純度、反�(yīng)室結(jié)�(gòu)以及氣相腐蝕等都對缺陷產(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,其用途越來越�。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�,都離不開使用硅外延片。對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來制�。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)光刻在所需部位開“外延窗口”,然后進行外延生長。為滿足某些半導(dǎo)體器件要求有很高電阻率的外延層,而產(chǎn)生的高阻外延技�(shù)��

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