高阻外延层电阻率均匀性控制技术分析

随着高频大功率器件的广泛应用,对用于制作器件的外延片的要求也越来越高,其中最重要的是外延层电阻率.为了提高器件的工作频率与工作电压,要求外延层电阻率要高,电阻率均匀性要好.而高阻外延层的电阻率由于受到自掺杂与系统杂质的影响,很难获得好的电阻率均匀性.通过对外延生长过程中杂质的引入,以及不同杂质的来源及特点进行深入分析,针对不同杂质来源的控制提出有效的解决方法,保障了生长出电阻率均匀性好的高阻外延层.     

杂质纵向高斯分布UTBB-SOI MOSFET的虚拟阴极阈值电压解析模型

采用Sentaurus Process工艺仿真工具,验证了超薄硅膜内单次纵向离子注入并快速热退火后所实现的轻掺杂杂质分布符合高斯规律。设计杂质纵向高斯分布的轻掺杂纳米UTBB-SOI MOSFET,用虚拟阴极处反型载流子浓度来定义阈值电压的方法,为器件建立二维阈值电压解析模型。通过与Sentaurus Device器件仿真结果对比分析,发现:阈值电压模型能准确预测器件在不同掺杂、器件厚度和偏置电压下的阈值电压,正确反映器件的背栅效应,其模拟结果与理论模型相符。     

半导体外延掺杂的深度分布——"修正的"余误差分布

在制造半导体器件的外延工艺中,外延生长时通常要掺入杂质.如果杂质的扩散系数很小,杂质在外延层中的深度分布是均匀的;如果杂质的扩散系数较大,半导体在外延生长过程中,杂质还有较明显的扩散,也会扩散到衬底中去.杂质浓度随深度分布不仅和杂质的扩散系数有关,还和外延生长速度及外延生长时间有关.从理论上推导出掺杂外延生长时杂质浓度深度分布表达式——"修正的"余误差分布;并根据该表达式绘出不同扩散系数和不同外延生长条件下的杂质浓度深度分布图;讨论了由杂质浓度深度分布确定扩散系数的实验条件.     

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。     

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。     

超突变结变容二极管C-V特性研究

对超突变结器件的杂质分布模型进行了研究并加以改进,导出不同杂质分布的新的电容电压方程,方程中的主要参数与实际工艺参数一致．理论结果与实验曲线符合得很好,证明假设的杂质分布模型是合理的,由此导出的电容电压方程是正确的和实用的。     

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。     

GaAs/InP异质材料及MESFET器件研究

用低压金属有机气相外延（LP－MOCVD）在InP衬底上生长出较高质量的GaAs材料，并对材料进行Raman、光致发光（PL）谱的测试分析，结果表明在GaAs／InP外延层中存在伸张应力致使Raman的LO模式的频率红移；PL谱峰较强，16K下测到GaAs的特征激子峰和杂质相关的激子峰，表明了GaAs外延层的晶体质量较好。以此生长方法制备了金属－半导体场效应晶体管（MESFET），其单位跨导可达200ms/mm。该器件已经达到GaAs同质结构的器件水平。     

GaP外延层引入杂质的成因研究

利用ＳＩＭＳ方法对一种先进的液相外延法制成的ＧａＰ处延层杂质进行了研究。这种外延层中杂质种类少，含量小，过渡元素仅含Ｃｒ和Ｆｅ，质量可与日本同类产品相比；表明外延层中杂质的引入主要来源于外延过程。还初步研究了掺杂Ｚｎ的数密度随深度的分布情况，杂质的分布与掺杂Ｚｎ的分布呈相关趋向。因此，杂质的引入还可能与Ｚｎ的纯度有关。外延层中Ｐ＾＋层的厚度估计为１μｍ。     

980nm应变量子阱激光器外延层工艺参数的优化设计

对980 nm应变量子阱激光器的外延层工艺参数进行优化设计。通过理论计算和软件模拟相结合的方法,优化了量子阱的结构,研究了波导层、包层中的Al组分对量子阱激光器效率的影响。根据优化结果,采用金属有机化合物化学气相淀积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术外延生长了激光器的材料,并进行测试。测试结果表明,在室温下,当工作电流为1 A时,阈值电流为150 mA,斜率效率为0.48 W/A(采用150μm×500μm,未镀膜器件),输出功率为400 mW。     

980 nm应变量子阱激光器外延层工艺参数的优化设计

对980 nm应变量子阱激光器的外延层工艺参数进行优化设计。通过理论计算和软件模拟相结合的方法,优化了量子阱的结构,研究了波导层、包层中的Al组分对量子阱激光器效率的影响。根据优化结果,采用金属有机化合物化学气相淀积（metal organic chemical vapor deposition, MOCVD）技术外延生长了激光器的材料,并进行测试。测试结果表明,在室温下,当工作电流为1 A时,阈值电流为150 mA,斜率效率为0.48 W/A（采用150 μm×500 μm,未镀膜器件）,输出功率为400 mW。     

第二类弱奇性Volterra积分方程的求解──在活动边界杂质扩散问题中的级数解

分子束外延工艺广泛地应用到微电子器件的研究和制作，分子束外延过程中杂质的扩散问题可归结为活动边界的杂质扩散问题，研究该类问题时，常需求解第二类弱奇性Ｖｏｌｔｅｒｒａ积分方程。本文运用正、反Ｌａｐｈｃｅ变换和幂级数展开的方法，首次给出了该类含有卷积核的弱奇性Ｖｏｌｔｅｒｒａ积分方程的级数解，并探讨了级数解的适用范围。     

室温连续工作的砷化镓平面条形双异质结激光器

本文阐述了砷化镓双异质结激光器的基本工作原理和设计思想,重点描述了液相外延和超声键合两个主要工艺过程,给出了该器件室温连续工作的一些初步测试结果,其典型的数据是阈值电流为250毫安;在310毫安工作电流下,输出功率为10毫瓦;微分外量子效率大约20％;并从远场图看出器件为横向基模振荡。     

自由集电极电位纵向PNP晶体管的制作工艺研究

自由集电极电位纵向PNP器件是双极型集成电路工艺中的一种重要器件,具有较大的放大倍数,较高工作特征频率等特点,但按照正常双极工艺制作的纵向晶体管存在基区宽度难以控制、集电极电阻偏大等问题。通过采用N阱技术和双层外延技术,不仅可以增强器件制作工艺的可控性,而且可大大减小纵向晶体管的集电极电阻,从而提高器件的输出功率。     

SIMOX材料结构,电特性及杂质分析

用扩展电阻（ＳＲＰ）,二次离子质谱（ＳＩＭＳ）等方法,测量了ＳＩＭＯＸ样品的各层结构、电特性和杂质分布。讨论了不同方法的测量,说明了ＳＩＭＯＸ材料顶部硅层的扩展缺陷和杂质的施主作用。用制作适合器件需要的ＳＯＩ材料,必须控制工艺过程中顶部硅层的杂质污染和损伤。     

利用恒流非稳态MOS特性直接测量硅外延层杂质分布(Ⅰ)

本文提出了利用恒流非稳态MOS特性测量硅外延层杂质分布的一种快速,简捷的新方法。此法由于没有反向传导电流的影响,所以,比利用肖特基势垒方法要精确些;由于克服了二倍费米势的限制,所以,比通常的MOS方法所测的范围要宽些;由于是一种直接测量,所以比一般MOS脉冲方法更快些。因此,用此法测量的外延层分布是实际载流子分布的一种较好的近似。这种方法适合于外延片生产自动化过程中的快速测量。     

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。     

实验设计与模拟相结合用于IC优化设计的TCAD工具

鉴于PC机广泛普及和使用方便,在PC机上建立起实验设计与模拟相结合用于IC优化设计的TCAD工具。利用已有的工艺模拟软件SUPREM、器件模拟软件MINIMOS及电路模拟软件PSPICE,完成了响应表面拟合、SPICE模型参数提取及数据转换等程序,形成一个可以进行工艺、器件及电路分析和优化设计的TCAD工具,并用于研究实验设计方法在IC优化设计中的应用。     

电子波导中单个杂质对电流分布的影响

微小器件内杂质原子的存在是影响电流分布的主要因素之一．本文研究了电子波导中单个杂质原子对电流分布的影响．基于薛定谔方程,得到了电子在准一维电子波导中单个杂质所在界面处的精确的相位相干电子输运图像．描绘了电流密度的分布图．发现杂质势为吸引势和排斥势时对电流密度分布的影响是不同的。在杂质势为吸引势时,在杂质原子周围产生了明显的涡流,并且涡流强度随杂质势的强度而变化,但在杂质势为排斥势时涡流并没有出现．涡流出现是量子相干散射造成的,并与衰减模式的存在有重要关系．本文还研究了波导宽度以及杂质原子的位置对电流分布的影响．