第四单元：薄膜技术第8章：晶体外延生长技术348.1外延层的生长8.1.1生长的一般原理和过程SiCl4的氢化还原——成核——长大一般认为反应过程是多形式的两步过程如:(1)气相中SiCl4+H2=SiCl2+2HCl生长层表面2SiCl2=Si+SiCl4(2)气相中SiCl4+H2=SiHCl3+HCl生长层表面SHiCl3+H2=Si+3HCl7在(111)面上生长,稳定的是双层面,位置7、8、9比位置1、2、3、4稳定在一定的衬底温度下，1、2、3、4位的原子很容易扩散（游离）到7、8、9相应的位置，使生长迅速在横向扩展。即，可看成是多成核中心的二维生长。如：1200°C时V（111）~几百埃/分V（112）~几百微米/分8.1.2生长动力学与热氧化过程不同的是，外延时只有气相质量转移过程和表面吸附（反应）过程。因而，气相外延是由下述步骤组成的多相过程1）反应剂分子以扩散方式从气相转移到生长层表面2）反应剂分子在生长层表面吸附；3）被吸附的反应剂分子在生长层的表面完成化学反应，产生硅原子及其它副产物；4）副产物分子丛表面解吸；5）解吸的副产物以扩散的形式转移到气相，随主气流排出反应腔；6）反应所生成的硅原子定位于晶格点阵，形成单晶外延层；Substrate因而在反应剂浓度较小时有：1）生长速率和反应剂浓度的关系——正比（a）！（b）、（c）？2）生长速率与外延温度的关系对于SiCl4，Ea~1.9eVSiH4，Ea~1.6eVDG0：0.1~1cm2s-1a：1.75~2在较高温度下：kS>>hG质量转移控制在较低温度下：kS<<hG表面反应控制在高温段（质量转移控制）生长速率受温度影响小，便于控制（可为±10°C）3）生长速率与衬底取向的关系v(110)>v(100)>v(111)?4)气相质量转移进一步分析可得：由这一公式可得出什么？8.1.3外延堆垛层错CCAAAAAAAAAAAAACCBBBCCCCCCCCCCCCCBBBAAABBBBBBBBBBBAAAAACCCAAAAAAAAACCCCCBBBBCCCCCCCCCBBBBBAAAAABBBBBBBAAAAAACCCCCCAAAAACCCCCCCBBBBBBBBCCCBBBBBBBBAAAAAAAABAAAAAAAAA2021层错(失配晶核)产生的原因：晶面的缺陷(机械损伤、位错、微缺陷、氧化斑点、杂质沉陷区)和表面污染（灰尘、杂质等），气体和反应剂的纯度不够，温度过低或起伏过大，生长速率过快等。HCl汽相抛光8.2（汽相）外延生长工艺8.2.1外延层中的掺杂在外延反应剂中加入掺杂剂（如：PH3、PCl3、PCl5、AsCl3、AsH3、SbCl3、SbH3和BBr3、BCl3、B2H6等）1）掺杂浓度受汽相中的掺杂剂分气压控制2）生长速率和温度的影响为什么温度升高会使浓度降低？SiliconVaporPhaseEpitaxyReactors27288.2.2外延过程中的杂质再分布和自掺杂1）衬底杂质的再分布N1（见page228）在外延区：时（一般都成立）2）掺入杂质的再分布总分布为：N=N1+N23）自掺杂（autodoping）效应衬底中的杂质不断地蒸发出来，进入总气流并掺入外延层。4）减小自掺杂效应措施衬底杂质的选择：（扩散系数小、蒸发速率低，如Sb）两步外延、低温（变温）技术（如选择适当的化学体系、光照、等离子体等）、低压技术、掩蔽技术等8.2.3清洁技术8.2.4外延层性能检测