VDMOS功率器件用200mm硅外延片工艺研究

200 mm尺寸的硅外延片是制备VDMOS功率器件的关键材料,其均匀性、结晶质量等材料技术指标与器件耐压、正向导通特性等电学性能密切相关,因此对大尺寸外延层的参数控制水平提出了严格要求。但由于反应区域面积较大、涉及反应因素条件较多,传统外延工艺下边缘参数偏离目标值5%～10%,无法满足器件要求,各项工艺条件的配合度成为亟待解决的技术问题。通过外延系统流场和热场的优化,可将外延片内的厚度和电阻率不均匀性控制在3%以内,并且结晶质量良好,实现了高质量200 mm硅外延片的生长。     

PIN光电探测器用反外延片工艺研究

创新性使用反外延法工艺,介绍了适用于制备近红外波段PIN光电探测器的硅外延材料的研制工艺,在区熔单晶抛光片上进行重掺导电层和支撑层的外延层制备。通过对硅源流量与掺杂剂浓度的精确控制,实现了快速外延生长和高浓度掺杂。通过精细的后期加工工艺,将高阻区熔层加工为厚度和表面质量均满足器件要求的有源层。结果显示,采用反外延法工艺得到的反外延材料片应用到PIN光电二极管中,不仅节省器件制备中的工艺程序,而且大大提高了器件耐压性。     

低功耗肖特基整流器件用200 mm高均匀性硅外延层生长工艺

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大、易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性1. 0%,电阻率不均匀性1. 1%,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。     

低功耗肖特基整流器件用200mm高均匀性硅外延层生长工艺研究

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大,易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。本文利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性<1.0 %,电阻率不均匀性<1.1 %,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。     

Si(100)和Si(111)衬底上的同质分子束外延

由于硅材料在大规模集成和微结构器件中应用最广,工艺最成熟,以硅为基础的分子束外延材料因此而倍受关注.例如,在硅衬底上外延生长Ⅲ-Ⅴ族半导体和在Ⅲ-Ⅴ族半导体上生长硅,有可能使微电子器件和光电子器件集成在同一芯片上;硅/绝缘体/硅和硅/硅化物/硅单晶结构的生长是实现三维集成、提高集成度的有效途径之一.根据现在已有的实验结果和文献报导,要获得一个界面缺陷少、电学和光学特性优良的异质器件,衬底表面的清洁处理和同质分子束外延生长一个缓冲层是器件制备过程中极为主要的.本文选用φ39mm、n型的Si(100)和φ34mm、p型的Si(111)单晶片为衬底,探讨了它们的清洁处理和同质生长条件.     

应用于半导体工业的硅外延炉发展历程

随着半导体产业的快速发展,传统的硅抛光片已不能完全满足半导体器件的需求。硅外延片具有质量高、电学性能优越的特点,在分立器件和IC领域已被广泛应用。硅外延片质量的不断提高有赖于外延生长工艺的改进,生长工艺的进步有得益于硅外延炉设计的改进。通过对各个时期出现的硅外延炉的主要技术特点进行讨论,回顾硅外延炉50年来的发展历程,为今后外延炉设计的发展提供参考借鉴。     

梁氏引线开关二极管用硅外延材料

介绍了研制适合梁氏引线开关二极管用的硅外延材料的工艺过程,通过采用CVD化学气相外延生长技术,对硅源流量与掺杂剂浓度进行精确控制,解决了满足梁氏引线开关二极管用的薄层高阻硅外延材料问题。     

桶式外延炉吹扫工艺改善外延层电阻率均匀性的研究

随着硅外延片在器件制造领域应用的不断扩展,对用于制作器件的外延片的要求也越来越高,其中最重要的是准确控制外延层电阻率及其均匀性。由于衬底自掺杂与系统杂质因素的影响,使得外延层电阻率的控制十分困难,同时电阻率均匀性也大大降低。通过对外延生长过程中外延层表面气体边界层的原理进行分析,提出了变流量吹扫工艺,减少边界层中杂质浓度,制备出电阻率均匀性好的外延片。     

Applied Materials Centura系列单片式硅外延炉的先进性研究

随着半导体元器件制造要求的不断提高,对硅外延片的质量要求也不断提高。一方面,为了改善硅外延片的厚度和电阻率均匀性,硅外延炉从多片式逐步转向单片式发展;另一方面,硅外延片的尺寸从小尺寸(4英寸)向大尺寸(8英寸、12英寸)发展。鉴于面向大尺寸的单片式硅外延炉将是未来主导硅外延材料生长的主流设备,对AppliedMaterialsCentura系列单片式硅外延炉的先进性进行分析,分别介绍其设备结构、工艺性能、产量效率等特点,进而提出一些可能需要改进的方向。     

采用肖特基二极管测量外延层杂质分布

气相化学反应的硅外延生长,被广泛地用来制造半导体集成电路、晶体管及其它各种半导体器件。硅外延生长的电阻率或杂质浓度对于上述应用的电学参数影响很大,如击穿电压、收集极串连电阻都是由它直接决定的。另外,新发展起来的超高速逻辑电路等则要求外延生长层在3μ左右,所以更必须注意理层的反扩散、自身掺杂等影响引起     

锗硅分子束外延层与衬底界面的电镜研究

使用分子束外延技术制和轩了应变锗硅外延薄膜，并在不同温度下对样品等时热退火处理；采用侧面透射电子显微镜对退火样品进行观测，获得有关高温退火后锗硅外延层与硅衬底界面的位错生长情况，采用高分辨电子显微镜观测样品退火以前的显微结构，表明样品在８５０℃退火温度时出现的位错生长是一种混合型热松弛机理。     

在直拉法尖晶石上外延硅膜的研制

本文叙述了在直拉法生长的尖晶石上外延硅膜的制备与性质。已在直拉法尖晶石 （１００）面衬底上生长出一批电学性能较好的Ｎ型单晶硅膜，并进行了热氧化稳定性试 验，Ｎ型掺杂的硅膜其霍尔迁移率一般在３００厘米２／伏·秒左右．最高达３８０厘米２／伏 ·秒。载流子浓度控制在 １０１５～１０１６／厘米３硅膜厚度在 １—２微米。     

在直拉法尖晶石上外延硅膜的研制

本文叙述了在直拉法生长的尖晶石上外延硅膜的制备与性质。已在直拉法尖晶石(100)面衬底上生长出一批电学性能较好的N型单晶硅膜,并进行了热氧化稳定性试验,N型掺杂的硅膜其霍尔迁移率一般在300厘米~2/伏·秒左右,最高达380厘米~2/伏·秒。载流子浓度控制在10~15～10~16/厘米~3硅膜厚度在1～2微米。     

硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展

硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象.     

薄层高阻硅外延制备工艺研究

轻掺硅外延层/重掺衬底结构作为现代电力电子器件的关键基础材料,其厚度均匀性、电阻率均匀性等关键参数与所制器件的性能密切相关。通常基于重掺衬底的轻掺硅外延层,电阻率比厚度数值至少会低1个数量级,可以有足够的反应时间爬升到稳定轻掺态。但在特定的应用领域,所需外延层电阻率高于厚度数值2倍以上,并且要求电阻率、厚度参数控制精确。传统外延工艺中电阻率受自掺杂影响,爬升速率缓慢,均匀性始终不能达到预期目标。基于外延掺杂机理,通过设计低温外延生长、基座包硅等多种手段,可有效抑制系统自掺杂干扰,实现了硅外延层厚度不均匀性1.5%,电阻率不均匀性2%的研制目标。     

N型硅外延片表面状态对肖特基接触的影响

本文采用化学气相沉积(CVD)方法,利用平板式外延炉,在5英寸111晶向,2×10-3Ω·cm重掺As衬底上,生长N/N+型硅外延;试验中采用电容-电压方法,利用汞探针CV测试仪,通过金属汞与硅外延片表面接触形成肖特基势垒,测试势垒电容并转换为外延层载流子浓度和电阻率,实现对外延层电阻率的测量。在此过程中,我们研究了自然氧化、H2O2水浴、紫外照射三种氧化方法,处理硅外延片表面,形成10~15A的氧化层,并对比分析了三种氧化方法所形成的硅外延片表面状态,以及对电阻率测试结果的影响。通过实验对比,H2O2水浴方法,获得的硅外延片表面最为稳定,重复测试标准差±1%。     

SiCl_4-H_2体系低压硅外延的研究

应用SiCl_4氢还原法,在改进的常压卧式感应加热系统中进行了低压硅外延生长。生长温度为1050℃—1150℃,压力为160—80乇。对外延层的测试结果表明:低压外延在抑制自掺杂、改善外延层电阻率和厚度的均匀性,减少埋层图型漂移有明显的效果。所作的外延片已成功地用于半导体器件的制造中。     

采用肖特基二极管测量外延层杂质分布

气相化学反应的硅外延生长,被广泛地用来制造半导体集成电路、晶体管及其它各种半导体器件。硅外延生长的电阻率或杂质浓度对于上述应用的电学参数影响很大,如击穿电压、收集极串连电阻都是由它直接决定的。另外,新发展起来的超高速逻辑电路等则要求外延生长层在3μ左右,所以更必须注意埋层的反扩散、自身掺杂等影响引起的外延层深度方向的杂质浓度分布。 目前,我厂采用的半经验的三探针法是利用点接触二极管击穿来测量外延层电阻率的。这一间接地决定杂质浓度的方法虽然是非破坏性的。但是,不准确,无法测量外延层较薄的片子,而且它测出的只…     

一种重掺衬底上生长硅外延层的工艺研究

随着肖特基势垒二极管对反向击穿电压一致性指标要求的进一步严格,对所需重掺衬底的硅外延层厚度和电阻率参数的均匀性指标提出了更高的要求。同时,为满足肖特基势垒二极管低正向压降的性能,对外延层过渡区宽度的控制难度加大。使用PE-2061S桶式外延炉,通过综合采取低温本征法、变流吹扫及低速外延沉积等工艺手段,成功实施了重掺衬底上窄过渡区硅外延层的生长工艺,硅外延层厚度和电阻率不均匀性均达到1.5%的要求,而且过渡区宽度可以1.6μm。     

MnBi合金生长及其磁学性能研究

利用外延技术外延生长了MnBi合金,研究了不同的生长温度和不同的衬底对外延膜的生长的影响。发现控制Mn、Bi源的温度对生长的外延薄膜的结构和性能有很大的影响,同时还发现外延在不同的衬底上对制备MnBi合金有较大影响。这表明外延薄膜与衬底之间的依赖性。同时还研究了MgO衬底上外延薄膜的磁学性能,其表现出了室温铁磁性。