重掺磷衬底上外延层生长工艺研究

重掺磷衬底上硅外延片是制作集成电路开关电源的肖特基二极管和场控高频电力电子器件的首选产品。重掺磷衬底外延片可以大幅降低压降中半导体部分引起的压降所占的比例。介绍了重掺磷外延片的一种实用生产技术,在高浓度衬底外延后失配现象、杂质外扩抑制方法、减少外延过程中衬底磷杂质的挥发等方面进行了研究。在研究的基础上使用CSD公司的EpiPro5000型外延设备进行工艺试验,采用盖帽层分层生长、变流量赶气和低温度生长等工艺条件控制磷杂质的扩散和挥发,从而减少自掺杂效应,获得良好的电阻率均匀性和陡峭的外延层过渡区。试验结果已成功应用于大规模生产,得到了用户认可。     

气体流型对硅外延层厚度均匀性的影响

目前国内外广泛采用的硅外延生长法是卧式反应器的化学汽相沉积法,生长的外延层厚度一致性较差.在同一炉内,加热体首尾不同位置衬底生长的外延层厚度是不一致的;加热体边缘和中央位置衬底生长的外延层厚度也是不一致的.尽管多方消除加热体各处温差,外延层厚度不一致性仍然存在.一般情况,为了得到高质量的外延层、生长温度必须相当高,大多数的外延过程是在质量转移控制区域内进行的.显然,要改善外延层厚度一致性必须考虑决定气相质量转移的机构.本文着重讨论反应气体流经加热体时所受阻力及气体流型对硅外延层厚度均匀性的影响,并作了实验研究,硅外延层厚度均匀性得到明显改善.     

新的硅外延生长法—两段外延生长技术

一、序言近年来,随着集成电路的发展和固体器件的高频化,要求硅外延片的生长层厚度要很薄,且在与基片的界面处杂质分布很徒。这样的片子,在高速变容二极管、双极集成电路、高频晶体管或以PIN二极管、碰撞雪崩渡越时间二极管等为代表的微波二极管的制作中更是不可缺少。这些器件一般是在具有高浓度杂质的硅基片上或在掺杂了高浓度杂质的区域上生长具有低浓度杂质的硅外延层上制作的。一般,硅外延生长是利用调节掺杂气体的浓度或流量来控制杂质浓度。可是,在具有高浓度杂质的基片上生长具有低     

p型硅外延层电阻率的控制

计算表明，ｐ型硅外延层的电阻率对其生长速度和生长温度的变化都是十分敏感的。为了保证ｐ型硅外延片的电阻率具有良好的可控性和重现性，除了充分抑制重掺硼衬底的自掺杂作用外，还需十分严格地控制硅外延片的生长温度和速度。     

HVPE法制备AlN单晶薄膜

采用氢化物气相外延(HVPE)在6H-SiC衬底上生长AlN单晶薄膜。利用热力学理论计算源区Al-NH体系中的物质平衡,表明源区温度为800~900K时,HCl与AlCl3气体分压为1∶3,主要产物是对石英管腐蚀较低的AlCl_3。控制源区温度800~900K,生长区温度1 373K,HCl流量25cm~3/min,分析NH_3和HCl流量比(R)对薄膜形貌及结晶度的影响。R=0.5时,获得表面平整光滑且厚度为7μm的AlN单晶。     

6英寸高均匀性P型硅外延片的工艺研究

主要进行了6英寸(152.4 mm)高均匀性P型硅外延片的生产工艺研究。利用PE-2061S型桶式外延炉,在重掺硼的硅衬底上化学气相沉积P/P+型硅外延层。通过流场调节工艺、基座包硅工艺、变流量解吸工艺、两步生长工艺等关键工艺的改进,对非主动掺杂效应进行了有效抑制,利用FTIR(傅里叶变换红外线光谱分析)、C-V(电容-电压测试)、SRP(扩展电阻技术)等测试方法对外延层的电学参数以及过渡区形貌进行了测试,得到结晶质量良好、厚度不均匀性<1%、电阻率不均匀性<1.5%的6英寸P型高均匀性硅外延片,各项参数均可以达到器件的使用要求。     

在SixGe1-xC0.02衬底上直接生长石墨烯

基于锗衬底在石墨烯生长方面的自限制生长和表面催化特性,以甲烷(CH4)和氢气(H2)为前驱体,采用化学气相沉积(CVD)法分别在锗硅碳(SixGe1-xC0.02)(x=0.15,0.25,0.73)衬底和外延锗上直接生长石墨烯.研究了不同Si组分、H2与CH4体积流量比和生长温度对石墨烯质量的影响.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及喇曼光谱对衬底和生长的石墨烯进行了表征分析.喇曼光谱结果表明,Si0.5Ge0.85C0.02衬底在750℃下可以生长出石墨烯,调节气体H2与CH4的体积流量比为50∶0.5时,生长出的石墨烯是双层的.OM和SEM结果表明,锗硅碳衬底具有比锗更好的热稳定性,高温下不会升华.     

Ⅱ—Ⅵ族宽带隙半导体的分子束外延

我们用分子束外延法已生长出了ZnSe、ZnTe单晶薄层。外延层的生长速率基本上由分子束流量和衬底温度决定。本文讨论了这种二元化合物的生长速率,包括衬底温度、结晶性及分子束强度,并和实验结果作了比较分析。所获得的生长速率与衬底温度和入射束比的关系能用原子表面覆盖度的动力学方程得到解释。     

HVPE法制备GaN过程中GaAs衬底的氮化

在自制的立式氢化物气相外延(HVPE)系统炉中,一定温度下通入一定流量的NH3使GaAs(111)衬底氮化一层GaN薄膜,以防止高温外延生长GaN时GaAs分解,进而提高了之后GaN外延生长的晶体质量。实验主要通过XRD检测氮化层的质量,研究了氮化温度和时间对氮化层的影响。实验发现,氮化温度过高会使GaAs表面分解,氮化层为多晶。氮化时间过短,氮化层致密性低,不能起到保护衬底的作用;时间过长则氮化层质量降低,GaN(002)半高宽(FWHM)较大。分析结果表明,在500℃氮化2min的工艺条件下,获得的氮化层质量相比其他条件较好,致密性高。     

平板式外延炉大尺寸硅外延层的均匀性调控

硅外延层是在硅单晶抛光衬底上采用化学气相沉积方法生长的一层单晶硅薄膜。本实验以150 mm的大尺寸硅抛光片为衬底生长高均匀性外延层，结合傅里叶变换红外线光谱分析（FT-IR）、电阻率测试仪等测试设备对外延层电学参数进行了分析。对平板式外延炉的流场、热场与厚度、电阻率均匀性的相互作用规律进行了研究，最终制备出表面质量良好、片内和片间不均匀性小于1%的外延层。     

与(100)—InP晶格匹配的InGaAs的气相外延生长

本文描述了与(100)—InP衬底晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As的气相外延生长,并给出了由这种材料制作的光电二极管的特性。确定了使用氢化物法,在不同的Ga—HCl流量下进行晶格匹配生长所需要的气体流量条件。研究了在650—750℃的温度范围内,衬底温度对进行晶格匹配生长所必需的气体流量比的影响。实验发现,在该温度范围内,生长速率从大约8μm/小时变化到约60μm/小时。测得表面反应的激活能为44千卡/克分子。用InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP结构制作的光电二极管表明,在1.22μm波长下,上升和下降时间≤1毫微秒,量子效率超过95％。     

分子束外延生长GaAs单晶薄膜

本文报导首次用自制的分子束外延(MBE)炉生长GaAs单晶薄膜的初步工艺实验。用一个喷射炉装GaAs多晶作As源,另一个喷射炉装Ga作Ga源。把GaAs(100)衬底腐蚀、清洗后置于衬底台上,调节喷射炉的温度使分子束强度比(As_2)/()Ga为5～10左右,其衬底保持在适当温度时进行外延生长。从电子衍射的花样和外延层厚度等测试结果表明:使用MBE成功地生长出了GaAs单晶薄膜。     

以光探针测量分子束外延的温度

分子束外延(ＭＢＥ)用于制作量子阱激光器和其它ⅢⅤ族半导体器件。与通常用于硅基器件制作的离子植入法不同,分子束外延给薄膜生长提供更精密控制。然而,分子束外延的问题之一是缺少可重复性,其部分原因由于测量衬底温度困难。一般情况下,这种温度用热偶测量。为了获得均匀的生长,热偶不得与衬底接触。但到衬底的这段距离降低了测量的精度,足以使各生长室之间或甚至各天之间生长工艺难以重复。此外,精确的温度模型对开发这类半导体分子束外延生长的理论模型也至关重要。美国阿肯色大学研究人员与以色列ＣＩ系统公司和法国里伯公司一起正在…     

生长温度对4HN-SiC同质外延层表面缺陷的影响

采用化学气相沉积(CVD)的方法在直径100 mm4°偏角衬底上生长4HN-SiC同质外延片,研究工艺生长温度对外延层表面缺陷的影响,并使用金相显微镜、表面缺陷测试设备、汞探针和红外膜厚仪进行分析和表征。结果表明,工艺生长温度由1 550℃增加到1 620℃,外延层表面的三角形缺陷密度可降低至0.39 cm~(-2);但随着工艺生长温度的增加,导致外延层边缘的台阶聚集数量和长度也急剧增加。在高生长温度下,外延层表面三角缺陷减少以及边缘台阶聚集增加的原因为:一是衬底表面原子迁移率的增加,减少了衬底表面2D生长;二是硅原子的气相成核受到抑制;三是〈1100〉和〈1120〉方向横向生长速率的差异加剧。综上结果,采用1 550℃生长工艺可在高生长速率下制备厚度均匀性和掺杂浓度均匀性分别为1.44%和1.92%的高质量4HN-SiC同质外延片。     

基于层流模型的CVD外延流场仿真

在化学气相沉积(CVD)过程中运用COMSOL Multiphysics建立硅外延生长的层流模型,研究了不同气流设置条件下反应腔体内的气流状态和流速分布。通过优化流场设置,获得了稳定且均匀的气流分布,同时,分析了气流分布对硅外延片生长速率和厚度均匀性的影响。利用LPE-3061D平板式外延炉进行了工艺验证,在重掺Sb衬底上进行硅外延沉积,在优化流场下制备出的硅外延片厚度标准偏差达到0.38%。     

Si衬底上SiC薄膜的快速生长

用垂直式低压化学气相沉积(LPCVD)系统,在(111)和(100)Si衬底上快速外延生长了SiC.用Nomarski光学显微镜和X射线衍射(XRD)分析了SiC外延膜.探讨了生长速度与反应气体流量的关系,HCl在反应过程中的作用机理,以及在快速生长条件下外延膜的结晶和取向关系.     

Si衬底上SiC薄膜的快速生长

用垂直式低压化学气相沉积(LPCVD)系统,在(111)和(100)Si衬底上快速外延生长了SiC.用Nomarski光学显微镜和X射线衍射(XRD)分析了SiC外延膜.探讨了生长速度与反应气体流量的关系,HCl在反应过程中的作用机理,以及在快速生长条件下外延膜的结晶和取向关系.     

在薄硅外延片上制备高频肖特基势垒二极管

采用超高真空化学气相沉积技术,在n型重掺Si衬底上生长了轻掺的薄硅外延层,利用扩展电阻和原子力显微分析对外延层进行了检验.结果表明,重掺Si衬底与薄硅外延层之间的界面过渡区陡峭,外延层厚度在亚微米级,掺杂浓度为1017cm-3.在此外延片上制备了高频肖特基二极管的原型器件,与传统的硅基肖特基二极管相比截止频率有了大幅提高.     

在薄硅外延片上制备高频肖特基势垒二极管

采用超高真空化学气相沉积技术,在n型重掺Si衬底上生长了轻掺的薄硅外延层,利用扩展电阻和原子力显微分析对外延层进行了检验.结果表明,重掺Si衬底与薄硅外延层之间的界面过渡区陡峭,外延层厚度在亚微米级,掺杂浓度为10 1 7cm- 3.在此外延片上制备了高频肖特基二极管的原型器件,与传统的硅基肖特基二极管相比截止频率有了大幅提高     

蓝宝石-硅和尖晶石-硅界面层宽度的俄歇分析

本文分析了用俄歇电子能谱仪结合氩离子溅射测量绝缘衬底与半导体外延层之间的界面时遇到的样品带电效应并提出了与此有关的在实验中获得正确信息的方法,在此基础上得到了良好的俄歇剖面图.研究了外延温度,生长速率,退火温度对界面层宽度的影响.根据绝缘衬底上硅异质外延过程中成核与生长的特征讨论了实验的结果。比较了蓝宝石-硅与尖晶石-硅的界面宽度,认为它们的差异可归之于衬底与外延硅之间的结晶学关系对成核密度的影响。