外延工艺顺序
石墨烯sic外延生长 工艺流程
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led外延片的主要工艺流程
led外延片的主要工艺流程The primary technological process of LED epitaxial wafers involves several crucial steps. Firstly, the selection of high-quality substrate materials is essential, as they serve as the foundation for the epitaxial growth process. Commonly used substrates include sapphire, silicon, and silicon carbide, each with its unique characteristics and applications.LED外延片的主要工艺流程首先涉及选择高质量的基片材料，这是外延生长过程的基础。
常用的基片材料包括蓝宝石、硅和碳化硅，每种材料都有其独特的特点和应用。
Once the substrate is prepared, the epitaxial growth process begins. This typically involves the use of techniques such as metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). These methods allow for precise control over the composition, thickness, and crystal structure of the epitaxial layer.准备好基片后，便开始外延生长过程。
这通常涉及使用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）或分子束外延（MBE）等技术。
外延工艺培训课件
外延工艺属于化学气相淀积，化学气相淀积(CVD) 是利用化学反应的方式在反应室内将反应物（通常 为气体）生成固态的生成物，并沉积在晶片表面的 一种薄膜沉积技术。
CVD已成为半导体生产过程中最重要的薄膜沉积方 式。在目前的超大规模集成电路生产过程中，部分 金属材料还使用溅镀之外，所有其它材料均以CVD 法沉积。主要的介电材料有SiO2 、Si3N4、PSG（磷 硅玻璃）、BPSG（硼磷硅玻璃），导体有WSix、W 及多晶硅，半导体有硅。
钨： 在一些需要多层金属层的VLSL工艺中，以 LPCVD法所淀积的钨，已被大多数的半导体厂商 用在作为上下金属层的中间金属连接物。
2WF6 3Si 2W 3SiF4 WF6 3H2 W 6HF WF6 SiH 4 W SiF4 2HF 3H2
3.7.5 CVD反应室
CVD反应室是整个CVD设备的心脏 任何一个 CVD系统均包含一个反应室、一组气 体传输系统、排气系统及工艺控制系统
外延(epitaxy)。
材料 SiO2 PSG BPSG SiN4 Polysilicon WSix W
方式 AP,LP,PE AP,PE AP,PE PE LP LP LP
CVD法的步骤：
1. 参加反应的气体的混合物被输运到沉积区 –2.反应物分子由主气流扩散到衬底的表面 –3.反应物分子吸附在衬底表面上 –4.吸附物分子间或吸附分子与气体分子间发
3、氮化硅
氮硅的用处：场氧化掩蔽膜、钝化层
3SiH2Cl2 7NH 3 Si3N4 2NH4Cl 3HCl 6H2 SiH4 NH 3 SiNx : H 3H2
4、多晶硅CVD
SiH 4 Si 2H 2
3.7.4 金属材料CVD
硅化钨（Polycide结构）
SIC外延生长法的工艺流程
SIC外延生长法的工艺流程SIC外延生长法的工艺流程序号：1SIC外延生长法是一种重要的半导体材料生长技术，被广泛应用于功率电子、射频器件和光电子器件等领域。
它通过在SIC衬底上连续沉积SiC晶体层，实现了对SiC材料的高质量控制和大面积生长。
在本文中，我们将深入探讨SIC外延生长法的工艺流程，以帮助读者更好地理解和学习该技术。
序号：2SIC外延生长法的基本原理是在惰性气体气氛中，通过化学气相沉积（CVD）的方法，将硅和碳源气体分解成SiC气体，然后在SIC衬底上沉积成SIC晶体层。
在整个工艺过程中，需要控制好气氛、温度和气体流量等参数，以保证SIC晶体层的质量和厚度的一致性。
序号：3具体而言，SIC外延生长法的工艺流程可以分为以下几个关键步骤：a. 衬底准备：选择合适的SIC衬底，并进行表面处理，以去除杂质和缺陷。
通常使用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等方法来制备合适的SIC衬底。
b. 热解预处理：将SIC衬底放置在高温炉中，通过热解预处理，去除表面的氧化物和其它杂质。
这一步骤也有助于提高SIC晶体层的生长质量。
c. 生长条件控制：在热解预处理后，将SIC衬底放置在CVD反应室中。
控制好反应温度、压力和气体流量等参数，以实现SiC晶体层的均匀和连续生长。
通常，选择适当的碳源和硅源气体，如甲烷（CH4）和四氯化硅（SiCl4），作为SIC生长的原料气体。
d. 控制生长时间：根据所需的SIC晶体层厚度和生长速率，控制生长时间。
通过调整反应室中的反应气体流量和温度，可以有效控制SIC晶体层的生长速率。
e. 冷却和退火：在SIC晶体层生长完成后，将SIC衬底从反应室中取出，并进行冷却和退火处理。
这一步骤有助于提高晶体层的结晶质量、降低残余应力，并改善界面的质量。
序号：4总结回顾：SIC外延生长法是一种关键的半导体材料生长技术，其工艺流程包括衬底准备、热解预处理、生长条件控制、控制生长时间以及冷却和退火等关键步骤。
第2章外延及CVD工艺
可形成接近突变p—n结
外延分类:气相外延(VPE)－－常用
液相外延(LPE)－－ⅢⅤ
.
固相外延(SPE)－－熔融在结晶
.
分子束外延(MBE)－－超薄
3/31/2020
化学气相淀积(CVD)----低温,非晶 2
材料异同
同质结 Si-Si 异质结GaAs--AlxGa(1-x) As 温度：高温1000℃以上
硅生长---腐蚀速率的各向异型是发生漂移
的根本原因.
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21
3.参数测量
参数内容
常用测量方法
外延层厚度
磨角染色法 层错法
红外椭圆偏振仪法
红外反射干涉法
电阻率
四探针法 三探针法
C-V 法 扩展电阻法
少子寿命
脉冲 MOS 电容法
杂质分布
C-V 法 扩展电阻法 微分电导和霍尔效应
放射性元素示踪分析
N2冲洗
10L/min 260L/min
10min 1min 6min
3/31/2020
11
外延生长程序
(1)N2 预冲洗 (2)H2 预冲洗 (3)升温 1
260L/min 4min
260L/min 5min
850ºC
5min
(4)升温 2
1170ºC
6min
(5)HCl 排空
1.3L/min 1min
衬底中的杂质因挥发等而进入气流，然 后重新返回外延层，称为气相自掺杂。
气源或外延系统中的污染杂质进入外延， 称为系统污染。
3/31/2020
14
同型杂质
异型杂质
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15
四. 外延层中的缺陷与检测
LED外延片工艺流程图
LED外延片工艺流程：LED外延片工艺流程如下：衬底- 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN层生长- 多量子阱发光层生- P型GaN层生长- 退火- 检测（光荧光、X射线）- 外延片外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N型电极（镀膜、退火、刻蚀）- P型电极（镀膜、退火、刻蚀）- 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下：固定：将单晶硅棒固定在加工台上。
切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。
分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下：SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。
此工序会产生硫酸雾和废硫酸。
DHF清洗：用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。
此过程产生氟化氢和废氢氟酸。
APM清洗：APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液组成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属也随腐蚀层而落入清洗液内。
sic外延制作过程
sic外延制作过程外延制作指的是通过显微转移技术将外部细胞转移到培养基上，再通过细胞分裂和增殖的方式将细胞培养成植物体的一种技术。
它是一种常用的无性繁殖方法，被广泛应用于红皮蕉、龙舌兰和藜等植物的大规模繁殖。
外延制作的基本步骤如下：1.材料准备：首先需要准备好外延基质、原植株和有机激素。
外延基质通常是富含养分的培养基，可以选择固体或液体培养基。
原植株应为健康、无病虫害的植株，并且植株的取材部位通常为健康的幼嫩组织。
有机激素通常是植物生长调节剂，可以促进外延体的形成和生长。
2.消毒处理：将外延基质进行消毒处理，以杀灭其中的细菌和真菌等有害微生物。
常用的消毒方法包括高压灭菌法、化学消毒法和紫外线消毒法等。
3.切取外延组织：将原植株的幼嫩组织切割成适当大小的组织块或断面，然后将其转移到消毒好的外延基质上。
在这个过程中，可以使用显微镜和无菌操作箱等工具，以尽量避免细菌和真菌的污染。
4.添加生长因子：将添加有机激素的培养基倒入外延培养皿或试管中，覆盖住培养基和外延组织。
有机激素可以促进外延组织的生长和分裂，从而形成新的外延体。
5.生长条件控制：通过控制温度、光照和水分等生长条件，促进外延体的生长和分化。
不同植物物种对生长条件的要求不同，因此需要根据具体物种的特点进行不同的调节。
6.移栽：当外延体生长到一定大小时，可以进行移栽。
移栽的方法可以是直接将外延体移至新的培养基上，也可以是先将外延体转移到固体培养基上再移至新的培养基上。
7.习化与生长：移栽后的外延体需要适应新的生长环境，因此需要调整适宜的温度、光照和水分等生长条件。
外延体在新的环境中需要继续生长和分裂，以形成新的外延体。
8.扩大生产：当外延体适应并生长良好时，可以通过分割和再生的方式将外延体再次分解成较小的外延体，从而实现外延体的大规模繁殖。
通过以上的外延制作过程，可以实现植物的无性繁殖和大规模生产，从而为植物育种和植物种质资源保存等提供技术支持。
第2章外延及CVD工艺
(9)H2冲 洗 (10)降 温
1170ºC 1min 6min
(11)N2冲 洗
4min
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12
三. 外延中的掺杂
掺杂剂有: 1. 氢化物 : PH3，AsH3，BBr3，B2H6 2. 氯化物: POCl3，AsCl3
2019/9/17
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在外延层的电阻率还会受到下 列三种因素的干扰
重掺杂衬底中的大量杂质通过热扩散方 式进入外延层，称为杂质外扩散。
衬底中的杂质因挥发等而进入气流，然 后重新返回外延层，称为气相自掺杂。
气源或外延系统中的污染杂质进入外延， 称为系统污染。
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同型杂质
异型杂质
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15
四. 外延层中的缺陷与检测
1. 缺陷种类:
可形成接近突变p—n结
外延分类:气相外延(VPE)－－常用
液相外延(LPE)－－ⅢⅤ
.
固相外延(SPE)－－熔融在结晶
.
分子束外延(MBE)－－超薄
2019/9/17
化学气相淀积(CVD)----低温,非晶 2
材料异同
同质结 Si-Si 异质结GaAs--AlxGa(1-x) As 温度：高温1000℃以上
2019/9/17
4
2. 生长速率
影响外延生长速率的主要因素：
反应剂浓度
2019/9/17
5
温度：B区高温区（常选用），A区低温区
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6
气体流速 :气体流速大生长加快
2019/9/17
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生长速率还与反应腔横截面形状和衬底 取向有关
矩形腔的均匀性较圆形腔好。晶面间的共 价键数目越多，生长速率越慢。
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1. SDB&BE
将两片硅片通过表面的SiO2层键合在一起,再 把背面用腐蚀等方法减薄来获得SOI结构 该技术是利用范德华力，将两片经抛光、氧 化和亲水处理后的硅片，在超净环境中进行 高温键合．形成S0I结构．随后将S0I片的一 面进行化学腐蚀、电化学腐蚀、化学机械抛 光等处理进行减薄
当两个平坦的具有亲水性表面的硅片（如被氧 化的硅片）相对放置在一起时，即使在室温下 亦会自然的发生键合。
SOI材料其他制备技术
熔化横向生长 CVD横向过生长（选择性沉积） ELO（Epitaxial lateral Overgrowth） 实现选择性生长的工艺
硅基半导体
SiGe/Si SiC/Si GaN/Si MBE UHV-CVD
5-5-2 SOI技术
SOI硅绝缘技术是指在半导体的绝缘层（如二氧 化硅）上，通过特殊工艺，再附着非常薄的一层 硅，在这层SOI层之上再制造电子器件。 此工艺可以使晶体管的充放电速度大大加快，提 高数字电路的开关 速度。SOI与传统的半导体生 产工艺（一般称为bulk CMOS）相比可使CPU的性 能提高性能25%-35%，降低功耗1.7-3倍。 SOI技术是IBM公司首先开发成功的芯片制造技术 在1998年研制成功， 于2000年正式应用于其 PowerPC RS64IV芯片上的半导体制造技术。
SIMOX材料：
• 最新趋势是采用较小的氧注入剂量
显著改善顶部硅层的质量 降低SIMOX材料的成本 低注入剂量(~ 41017/cm2)的埋氧厚度薄： 800～1000Å 制备大面积(300mm)SIMOX材料困难
智能剥离（Smart—Cut）技术
Smart—Cut技术的原理是利用H+注入Si片中 形成气泡层，将注氢片与另一片支撑片键合 (两个硅片之间至少一片的表面要有S10，绝 缘层) 经适当的热处理，使注氢片从气泡层完 整剥离 形成SO I结构，该结构包括三个工艺 步骤；(1)氢离子注入：(2)两硅片的键合：(3) 键合片再经过两步热处理，形成S0I片
5－5－1
SOS 技术
蓝宝石和尖晶石是良好的绝缘体，以它们作 为衬底外延生长硅制作集成电路，可以消除 集成电路元器件之间的相互作用，不但可以 减少漏电流和寄生电容，增强抗辐射能力和 降低功耗，还可以提高集成度和双层布线， 是大规模、超大规模集成电路的理想材料。
SOS外延生长
衬底表面的反应：AL2O3+2HCl+H2=2ALCl↑+3H2O 2H2+Al2O3=Al2O ↑ +2H2O 5Si＋2Al2O3=AL2O ↑ ＋5SiO ↑ +2Al 带来的问题：自掺杂效应(引入O和Al) 衬底被腐蚀，导致外延层产生缺陷，甚至局部长成多 晶 SiCl4对衬底的腐蚀大于SiH4,所以SOS外延生长，采用 SiH4热分解法更有利。
SOI技术的诞生背景
近年来， 以笔记本电脑、蜂窝电话、微型通信 设备等为代表的便携式系统发展迅猛。 它们一 般都由高度集成的电子器件组成，且多使用干 电池或太阳能电池作为电源。因此．对于制造 电子器件的材料和性能的要求也越来越高，不 仅要能够实现高度集成，而且要满足高速、低 压、低功耗的要求。体硅CMOS技术在这些方 面都明显不能满足要求。
Smart—Cut工艺优点
(a)硅层厚度由注入的H+的范围（能量）精确定 义；(b) 晶片分裂易于把薄层 (≈1 mm)从一块晶 片上转移到另一晶片上，而且分裂晶片可以循环 使用。通常包括注入5 ×1016 H+ cm-2至二氧化 硅覆盖的晶片中，能量为5 ～70 keV。 键合之后，进行两步热处理：首先在大约500℃ 退火，使得硅膜和整块晶片分 开；随后在大约 1100℃进行第二次热处理以加强转移层和基片 之间的结合强度；然后稍微对表面进行化学机械 抛光，去掉残留损伤，为器件制备提供光滑表面。
在室温下实现的键合通常不牢固，所以键合后 还要进行退火，键合的强度随退火温度的升高 而增加。
键合后采用机械研磨或化学抛光的方法， 将器件层的硅片减薄到预定厚度。
SDB
BE
SDB&BE技术
优点： • 硅膜质量高 • 埋氧厚度和硅膜厚度可以随意调整 • 适合于大功率器件及MEMS技术 缺点： • 硅膜减薄一直是制约该技术发展的重要障碍 • 键合要用两片体硅片制成一片SOI衬底，成本 至少是体硅的两倍
O+
O+
•SIMOX技术优点： 制备的硅膜均匀性较好，调整氧离子注入剂量可使厚度 控制在50～400nm的范围。
缺点：但由于需要昂贵的高能大束流离子注入机，还要 经过高温退火过程，所以制备成本很高，价格非常贵。
采用SIMOX技术制备的顶层硅膜通常较薄，为此， 人们采用在SIMOX基片上外延的方法来获得较厚的顶层 硅，即所谓的ESIMOX（Epitaxy SIMOX）技术。但是 厚外延将在硅膜中引起较多的缺陷，因此SIMOX技术通 常用于制备薄硅膜、薄埋氧层的SOI材料。
在衬底尚未被Si完全覆盖之前，上述腐蚀反应都在进行
为了解决生长和腐蚀的矛盾，可采用 双速率生长和两步外延等外延生长方法。
双速率生长：先用高的生长速率(1～2um/min), 迅速将衬底表面覆盖(生长100～200nm)。然后 再以低的生长速率(约0.3um/min)长到所需求的 厚度。 两步外延法是综合利用SiH4/H2和SiCI4/H2两个 体系的优点。即第一部用SiH4/H2体系迅覆盖 衬底表面，然后第二步再用SiCI4/H2体系接着 生长到所要求的厚度。
SIMOX技术主要包括三个工艺步骤：
(1)氧离子注入。典型的注人剂量约为1×10 17 cm-2～2×1018 cm-2,氧离子能量在50 keV到 200 keV 之间.用以在硅表层下产生一个高浓 度的注氧层 (2)进行高温退火以消除晶体缺陷并且注入的氧 再分布以形成均一、符合化学剂量比的SiO2 埋层和原子级的陡直Si/ SiO2界面。 (3)硅膜外延 如果需要加厚表面硅层 则需要在 硅上外延一定厚度的硅膜
4.ELTRAN
ELTRAN 技 术 (Epitaxial Layer Transfer)外延层转移，独特之处在于在多孔 硅表面上可生长平整的外延层，并能以合理 的速率将多孔硅区域彻底刻蚀掉 ，该技术保 留了外延层所具有的原子平整性，在晶体形 成过程中也不产生颗粒堆积或凹坑，因此具 有比其它SOI技术更为优越的性能。
SOI材料其他制备技术
熔化横向生长 CVD横向生长（选择性沉积） 实现选择性生长的工艺
硅基半导体
SiGe/Si SiC/Si GaN/Si MBE UHV-CVD
以上4种制备SOI材料的方法各有所长，用户可以根据不同 的材料要求，选择不同的制备方法。 SDB法通常用于制取厚埋氧层材料，其硅层的厚度取决于 硅片减薄技术的进展。早期该技术只能制备厚硅层材料， 后来随着BE Bonding技术和CMP（Chemical Mechanical Polishing）技术的发展，也可以用于制备极薄的顶层硅 （0.1μm ）。 而 SIMOX 法 由 于 氧 注 入 条 件 的 限 制 ， 只 能 制 取 薄 硅 层 （0.1～0.4μm）和薄埋氧层（0.1～0.4μm）材料。要获 得厚的硅层，必须再进行外延，即采用ESIMOX法。 而Smart Cut法由于采用了键合工艺，则最适用于制备薄 硅层（0.1～1μm）和厚埋氧层材料。 ELTRAN法的适用范围最宽，可根据用户要求，提供从几十 纳米到几十微米的硅层和埋氧层。
外延工艺顺序
1. 把干净的硅片装入反应室 2. 吹入惰性气体并充入氢气（LPVCD：抽真空） 3. 加热到氢气烘烤温度（1200 ℃ ）以除去氧化层（该 步骤能去除50-100A的SiO2层） 4. a)加热到HCl刻蚀温度；b)引入无水HCl(或SF6)以刻蚀 表面的硅层；c)吹气以除去系统中的杂质和HCl 5. a)冷却到沉积温度；b)引入硅原料和掺杂剂以沉积所 要的薄膜；c)吹入氢气以去除硅原料和掺杂剂 6. 冷却到室温 7. 吹走氢气并重新充入氮气 8. 取出硅片
5-5 硅的异质外延Heteroepitaxy
在蓝宝石（α－AI2O3） 、尖晶石(MgO. AI2O3) 衬底上外延生长硅 SOS :Silicon on Sapphire Silicon on Spinel 在绝缘衬底上进行硅的SOI异质外延。 SOI: Silicon on Insulator Semiconductor On insulator 其他硅基材料GeSi/Si
SOI材料可实现完全的介质隔离．与有P—N结 隔离的体硅相比，具有高速率、低功耗、集成 度高、耐高温等特点， IBM公司的研究表明：SOI电路与传统的体硅电 路相比，功耗可降低2／ 3，在1V的电压下可在 GHz的范围内工作，使用SOI CMOS可将体硅 CMOS工艺极限推至0 .1um，并能在工艺设计 上实现三维多功能集成，特别适合应用于制造 超大规模集成电路(ULSI)。因此S0I技术已成为 解决便携式系统“高度集成”、“功耗危机” 的关键技术，被称为“21世纪的微电子技术”
SOI技术的挑战
1、SOI材料是SOI技术的基础
• SOI技术发展有赖于SOI材料的不断进步，材料 是SOI技术发展的主要障碍之一 • 这个障碍目前正被逐渐清除 • SOI材料制备
目前最常用的方法：
SDB
SIMOX
Smart-Cut
ELTRAN
SDB (Silicon Direct Bonding)直接键合与背 面腐蚀BE（Back Etching）技术 SIMOX (Separating by Implanting Oxide )氧 注入隔离 Smart Cut智能切割 ELTRAN (Epitaxy Layer Transfer)外延层转 移
SOS 技术的缺点及需要解决的问题