半導(dǎo)體材料：半材第5章總結(jié)

1、第五章 硅外延生長(zhǎng)1、 解釋名詞： *自摻雜：外延生長(zhǎng)時(shí)由襯底、基座和系統(tǒng)等帶來(lái)的雜質(zhì)進(jìn)入到外延層中的非人為控制的摻雜稱為自摻雜。 外擴(kuò)散：在外延生長(zhǎng)中，由于是在高溫條件下進(jìn)行的，襯底中的雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入外延層致使外延層和襯底之間界面處的雜質(zhì)濃度梯度變平的現(xiàn)象。 外延夾層：外延層和襯底界面附近出現(xiàn)的高阻層或反形層。 雙摻雜技術(shù)：在外延生長(zhǎng)或擴(kuò)散時(shí)，同時(shí)引入兩種雜質(zhì)。因?yàn)樵影霃讲煌a(chǎn)生的應(yīng)變正好相反。當(dāng)兩種雜質(zhì)原子摻入比例適當(dāng)時(shí)，可以使應(yīng)力互相得到補(bǔ)償，減少或避免發(fā)生晶格畸變，從而消除失配位錯(cuò)的產(chǎn)生。這種方法叫作雙摻雜技術(shù)。 SOS技術(shù)：在藍(lán)寶石或者尖晶石襯底上外延生長(zhǎng)硅。 SOI技術(shù)：把器件

2、制作在絕緣襯底上生長(zhǎng)的硅單晶層上。（當(dāng)器件尺寸縮小到亞微米范圍以內(nèi)時(shí)，常規(guī)結(jié)構(gòu)就不適應(yīng)了，導(dǎo)致了SOI結(jié)構(gòu)的發(fā)展） SIMOX：氧注入隔離，通過(guò)氧離子注入到硅片，再經(jīng)高溫退火過(guò)程消除注入缺陷而成。 SDB&BE：直接鍵合與背面腐蝕技術(shù)。將兩片硅片通過(guò)表面的SiO2層鍵合在一起,再把背面用腐蝕等方法減薄來(lái)獲得SOI結(jié)構(gòu)。 ELTRAN：外延層轉(zhuǎn)移，在多孔硅表面上可生長(zhǎng)平整的外延層，并能以合理的速率將多孔硅區(qū)域徹底刻蝕掉 ，該技術(shù)保留了外延層所具有的原子平整性，在晶體形成過(guò)程中也不產(chǎn)生顆粒堆積或凹坑，因此具有比其它SOI技術(shù)更為優(yōu)越的性能。 Smart-Cut：利用H+注入Si片中形成氣泡層，將注

3、氫片與另一片支撐片鍵合，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使注氫片從氣泡層完整剝離形成SOI結(jié)構(gòu)。2、 *(簡(jiǎn)述)詳述影響硅外延生長(zhǎng)速率的因素。答：SiCL4濃度：生長(zhǎng)速率隨濃度的增加增大并達(dá)到一個(gè)最大值，以后由于腐蝕作用增大，生長(zhǎng)速率反而降低。*溫度：當(dāng)溫度較低時(shí)，生長(zhǎng)速率隨溫度升高而呈指數(shù)變化，在較高溫度區(qū)，生長(zhǎng)速率隨溫度變化比較平緩，并且晶體完整性比較好。氣流速度：在反應(yīng)物濃度和生長(zhǎng)溫度一定時(shí)，生長(zhǎng)速率與總氫氣流速平方根成比例關(guān)系，但到極限時(shí)不在增加。襯底晶向：不同的晶向的襯底其表面原子排列不同，因此外延生長(zhǎng)速率也不相同。3、 用外延生長(zhǎng)的Grove模型解釋高溫區(qū)、低溫區(qū)溫度與生長(zhǎng)速度的關(guān)系。答：外延生長(zhǎng)

4、的Grove模型： 當(dāng)Y一定時(shí)，Ea為活化能，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。所以生長(zhǎng)速率按指數(shù)關(guān)系變化，這與低溫情況是相符的。 4、 由外延生長(zhǎng)的Grove模型得到外延生長(zhǎng)速率與反應(yīng)物的濃度成正比，對(duì)于以SiCl4為原料的硅外延為什么隨SiCl4濃度的增加會(huì)出現(xiàn)負(fù)的生長(zhǎng)速率？答：因?yàn)橥庋由L(zhǎng)硅時(shí)所依據(jù)的反應(yīng)：SiCl4+2H2=Si+4HCl4（可逆號(hào)） 此反應(yīng)是可逆反應(yīng)，當(dāng)生成的HCl濃度很高時(shí)，它與Si襯底進(jìn)行反應(yīng)對(duì)其進(jìn)行腐蝕，故SiCl4濃度達(dá)到一定時(shí)，外延生長(zhǎng)速率會(huì)由于腐蝕速度的增加而下降。5、 解釋為什么使用外延生長(zhǎng)難以得到突變結(jié)？答：因?yàn)樵谕庋由L(zhǎng)過(guò)程中，襯底中的雜質(zhì)會(huì)因?yàn)楦邷貤l

5、件而擴(kuò)散進(jìn)入外延層中，這種外擴(kuò)散雜質(zhì)分布相當(dāng)于一個(gè)恒定界面濃度雜質(zhì)源的余誤差分布函數(shù)，外延層中總的雜質(zhì)分布為外摻雜和外擴(kuò)散共同形成的，所以使用外延生長(zhǎng)難以得到突變結(jié)。6、 確定在1200時(shí)，由SiCl4源生長(zhǎng)的外延層的生長(zhǎng)速率。反應(yīng)室的氣相質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)是hg=5厘米/秒，表面反應(yīng)系數(shù)為kg=107exp（-1.9eV/kT）厘米/秒，Cg=51016厘米-3。如果反應(yīng)溫度降低2，生長(zhǎng)速率將變化多少？答：參考肖祥作業(yè)。7、 計(jì)算硅的外延層厚度為多少時(shí)，外延層上的刻蝕坑具有1.838微米的尺寸？答：參考肖祥作業(yè)。8、 補(bǔ)充：SiH4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（但要求有良好的氣密性）。外延層中雜質(zhì)的來(lái)源是多方面的： 總載流子濃度：N總N襯底N氣N鄰片N擴(kuò)散N基座N系統(tǒng)如果外延層與襯底是同種材料，稱為同質(zhì)外延；若是不同材料，稱為*異質(zhì)外延。9、*Si-H-Cl體系，硅外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程：（老師沒(méi)畫(huà)） 答：1.反應(yīng)物氣體向反應(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)物吸附在襯底表面；4