低压锗硅外延
外延工艺在集成电路制造产业中的应用(doc5)(1)
外延工艺在集成电路制造产业中的应用外延(Epitaxy,简称Epi)工艺是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶格排列的单晶材料，外延层能够是同质外延层(Si/Si)，也能够是异质外延层(SiGe/Si或SiC/Si等)；同样实现外延生长也有许多方法，包括分子束外延(MBE)，超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)，常压及减压外延(ATM&RPEpi)等等。
本文仅介绍广泛应用于半导体集成电路生产中衬底为硅材料的硅(Si)和锗硅(SiGe)外延工艺。
依据生长方法能够将外延工艺分为两大类(表1)：全外延(BlanketEpi)和选择性外延(SelectiveEpi,简称SEG)。
工艺气体中常用三种含硅气体源：硅烷(SiH4)，二氯硅烷(SiH2Cl2,简称DCS)和三氯硅烷(SiHCl3,简称TCS)；某些特别外延工艺中还要用到含Ge和C的气体锗烷(GeH4)和甲基硅烷(SiH3CH3)；选择性外延工艺中还需要用到刻蚀性气体氯化氢(HCl)，相应中的载气一般选用氢气(H2)。
外延选择性的实现一般通过调节外延沉积和原位(in-situ)刻蚀的相对速率大小来实现，所用气体一般为含氯(Cl)的硅源气体DCS，利用相应中Cl原子在硅表层的吸附小于氧化物或者氮化物来实现外延生长的选择性；由于SiH4不含Cl原子而且活化能低，一般仅应用于低温全外延工艺；而另外一种常用硅源TCS蒸气压低，在常温下呈液态，需要通过H2鼓泡来导进相应腔，但价格相对低廉，常利用其快速的生长率〔可抵达5um/min〕来生长对比厚的硅外延层，这在硅外延片生产中得到了广泛的应用。
IV族元素中Ge的晶格常数(5.646A与Si的晶格常数(5.431A区不最小，这使得SiGe与Si工艺易集成。
在单晶Si中引进Ge形成的SiGe单晶层能够落低带隙宽度，增大晶体管的特征截止频率fT(cut-offfrequency)，这使得它在无线及光通信高频器件方面应用十分广泛；另外在先进的CMOS集成电路工艺中还会利用Ge跟Si的晶格常数失配(4%)引进的晶格应力来提高电子或者空穴的迁移率(mobility)，从而增大器件的工作饱和电流以及响应速度，这正成为各国半导体集成电路工艺研究中的热点。
硅外延及其应用
硅外延及其应用徐远志;胡亮;吴忠元【摘要】Silicon epitaxy growth technology is introduced,and three kindsof technologies applied to silicon epitaxy are summarized:molecular beam epitaxy (MBE),chemical vapor deposition (CVD),liquid deposition (LPE),and the application of Si base epitaxial material device is also introduced.%介绍了硅外延生长技术,综述了应用于硅外延的分子束外延(MBE)、化学气相沉积(CVD)、液相沉积(LPE)三种工艺,并介绍了Si基外延材料器件的应用.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】5页(P46-50)【关键词】MBE;CVD;LPE;硅外延;应用【作者】徐远志;胡亮;吴忠元【作者单位】昆明冶研新材料股份有限公司,云南昆明650031;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TN304.1+2硅具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点。
目前，硅半导体材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路(IC)是用硅材料制作的。
在21 世纪，它的主导和核心地位仍不会动摇。
半导体制造商生产IC 芯片用硅片分别采用硅抛光片(PW)和硅外延片以及非抛光片三种类型，用量最多的为前二类硅片。
半导体硅材料自从60 年代被广泛应用于各类电子元器件以来，其用量保持高速增长。
SEMI(国际半导体设备与材料协会)报告预测了晶圆的需求前景，2013 年预计99.95 亿in2 (不包括非抛光硅片)。
硅基锗材料的外延生长及其应用
硅基锗材料的外延生长及其应用摘要:硅是最重要的半导体材料,在信息产业中起着不可替代的作用。
但是硅材料也有一些物理局限性,比如它是间接带隙半导体材料,它的载流子迁移率低,所以硅材料的发光效率很低,器件速度比较慢。
在硅衬底上外延生长其它半导体材料,可以充分发挥各自的优点,弥补硅材料的不足。
本文介绍了硅衬底上的锗材料外延生长技术进展,讨论了该材料在微电子和光电子等方面的可能应用,重点介绍了它在硅基高速长波长光电探测器研制方面的应用。
关键词:硅基;锗,外延;光电探测器Epitaxy and application of Ge layer on Silicon substrateHuiwen Nie1, Buwen Cheng2(1.Hunan Chemical Engineering Machinery School, Hunan Industrial Technology College2.State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Instituteof Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083)Abstract: Silicon is the most important semiconductor material and it is irreplaceable in the information industry. But Silicon also has some shortcomings, such as very low luminescence efficiency and low device speed due to the indirect bandgap and low carrier mobility. Growing other semiconductors on Si substrate can take the advantages of the different semiconductors and improve the performance of theSi-based devices and integrated circuits. The progress of Ge growth on Si was introduced in the paper. The application of the Si-based Ge epitaxy layer was discussed, especially the application on Si-based high speed photodetectors operating at long wavelength.Key words: Si-based, Germanium, Epitaxy, Photodetector1引言硅基光电集成将微电子技术和光子学技术进行融合,是微电子技术的继承和发展,是信息技术发展的重要前沿研究领域。
简述硅外延的主要原理
简述硅外延的主要原理
硅外延技术是一种在硅晶体表面上沉积薄膜的方法，使得薄膜具有与其基底相同的晶格结构和晶体质量。
其主要原理包括以下几点：
1. 基底选择：硅外延通常使用具有与基底相同晶格常数的硅衬底作为基底材料。
2. 反应源：在反应室中，使用三氯硅烷（SiHCl3）和二甲基硅烷（SiH2(CH3)2）等类似化学物质作为反应源。
这些化学物质被分解成硅原子，在基底表面上沉积形成薄膜。
3. 气氛控制：在反应室中，通过控制气氛的温度和压力，以及气体流量的控制，确保反应的稳定性和薄膜的质量。
4. 沉积过程：反应源在基底表面附近分解，生成硅原子。
硅原子沉积在基底表面，并成为新的晶格点，扩展基底的晶体结构。
通过连续的沉积过程，薄膜的厚度逐渐增加。
5. 控制薄膜特性：通过控制沉积速率、温度和气氛参数，可以调节硅外延薄膜的厚度、晶体质量和杂质浓度等特性。
总之，硅外延的主要原理是利用反应源中的硅化合物在基底表面上沉积成硅薄膜，使其具有与基底相同的晶体结构和质量。
这种技术在半导体制造中具有广泛的应
用。
基于硅的锗外延技术实现高性能CMOS器件
工艺与制造 Ｐｏ ｅ ｓ ｇ＆ Ｍａ ｕａ ｔ ｒ ｇ ｒｃ ｓｉ ｎ ｎ ｆ ｃ ｕｉ ｎ
基 于硅 的锗 外 延 技术 实现高性能 ＣＭ Ｓ器件 Ｏ
相对于采用选择性锗硅外延的应 变硅 而言 ， 基于锗工 艺制造 的 Ｐ ０Ｓ Ｍ 能够进一步 提高其驱动能力。将适 当的锗 前驱物安装在标准硅外延设备上就可 以生产 锗硅（ Ｓ晶圆 。 ＧＯ ）
为空穴和 电子 在锗材料 中
的迁 移 率高 达 １ 和 ００ ９
３ ０ ａ ｓ ｃ 相 对于 硅 ９ ０ｃ ／ ｅ ， Ｖ
材料 而言 它提高 了 ２— ４
倍。 不仅如此 ． 在物理和 化
学特性方 面 ，锗材料与硅 材料也 最为接近 。
在 锗 晶 圆 上 研 发 高 性
硅技术也将趋于饱和 业界 需要 引入具有更高迁
锗外延技术
通过研 究发现 采用锗烷 （ Ｈ ） 二 锗烷 Ｇｅ
移率的新的沟道材料 。
（ ｅＨ ）和 四氯化锗 （ ｅ Ｉ Ｇ ２。 Ｇ Ｃ ）等 前驱物能够 以
被寄予厚望的锗材料
在诸 多候 选的新材料
中锗被寄 予厚 望 ．这是 因
得到的效果越来越不 明显 。 于是 ． 选择性锗硅外 外 目前广泛 用于生产绝 缘体硅外 延片 （ Ｏ１ Ｓ ） 延技术应运而生 ． 这项 技术 对晶圆整体进行操作 的层传递 技术也能够 用于制 造绝缘体 锗外 延片
从而鹪决 了几何尺寸效应 问题 。 基于绝缘硅材料 （ ） ＧＯＩ ．无疑这进 一步拓 展 了绝 缘 晶圆的应 用 的应变硅技术极大的改善 了Ｎ ＭＯＳ的器件 性能。 领 域 但是 随着 半导体 技术的不断进步 目前的应 变
被控制在 １ ｃ Ｗ ｍ到 １ ｍＷ—ｍ的范 围内 即载 流 分辨 率透射电子显微镜 照片 （ １左） ｃ 图 ；经过选 子浓 度在 １×１ ｃ 。 ０ ｍ 至５×１ ｃ ０ ｍ 之问 一 择性缺陷刻蚀后的晶圆表面形貌的二次电子显微
锗硅在HBT中的应用及全外延工艺简介
锗硅（Si1-x Ge x）是硅和锗通过共价键结合形成的半导体化合物，是这两种元素无限互溶的替位式固溶体。
锗硅一般有非晶、多晶、单晶和超晶格四种形态，其中单晶锗硅的主要应用之一就是作为异质结双极晶体管（Hetero-junction Bipolar Transistor，HBT）的基区，应用于具有高频、高速需求的无线通讯、卫星及光通讯等领域。
锗硅HBT与传统的硅晶体管相比，唯一区别在于其基区层里引入一定组分的锗元素，如图1 所示。
锗硅与硅的晶格常数很接近，在硅中掺入一定比例x的锗形成Si1-x Ge x化合物，可使其带隙变窄，以这种材料作为基区，以硅作为发射区就能制成宽带隙发射区异质结晶体管。
利用硅/锗硅HBT基区Si1-x Ge x带隙窄，且价带上移变窄的特性，基区空穴向发射区扩散比电子从发射区扩散到基区遇到更高的势垒，使得异质结比同质结的电子、空穴注入比大很多，因而大大提高了晶体管的电流增益。
因此，可以通过改变Si1-x Ge x基区锗组分调节电流增益，而不再受到基区掺杂的影响。
而在满足一定放大系数的前提下，基区可以重掺杂，而且可以做得较薄，以减少载流子的基区渡越时间,从而使器件具有较高的特征频率。
对于基区锗组分x而言，x越大发射结两边的带隙差越大，而电流增益将随带隙差的增大以指数增大。
但是锗组分x并非可以任意增大，因为随着x的增大，Si1-x Ge x化合物的晶格失配就会增加。
晶格失配会产生应变，形成失配错位，使器件的性能退化，这可以通过在锗硅中掺入适量碳（C）元素而得以改善。
以锗硅作为基区的HBT，为了达到更好的器件特性，基区锗浓度x更多的采用缓变掺杂的方式（图3），与均匀掺杂的基区（图2）相比，由于基区锗浓度的变化，而迫使其禁带宽倾斜，于是产生基区自建电场；正是由于此电场存在，发射极注入到基区的电子在基区渡越时获得加速，从而更有效的减少了少数载流子的基区渡越时间，提高了器件的截止频率。
28nm锗硅外延工艺的研究与应用
28nm锗硅外延工艺的研究与应用
28纳米锗硅外延工艺是当前半导体领域的研究热点之一。
锗硅
外延技术是一种将锗硅合金材料沉积在硅衬底上的工艺，常用于制
造高性能集成电路。
这种工艺具有许多潜在的应用和研究价值。
首先，从研究角度来看，28纳米锗硅外延工艺的研究对于深入
了解材料的物理特性和电子特性具有重要意义。
通过对锗硅外延材
料的生长过程、晶体结构、缺陷特性等方面的研究，可以帮助我们
更好地理解材料的性能和行为规律。
这对于未来半导体材料的设计
和开发具有重要意义。
其次，从应用角度来看，28纳米锗硅外延工艺具有广泛的应用
前景。
首先，锗硅外延材料可以用于制造高性能的场效应晶体管（FET），其高迁移率和优异的电子特性使其成为下一代集成电路的
理想选择。
其次，锗硅外延材料还可以用于制造光电子器件，如光
探测器和光调制器，其在光通信和光存储领域具有重要的应用潜力。
此外，锗硅外延材料还可以用于制造能量转换器件，如太阳能电池
和热电器件，有望在可再生能源领域发挥重要作用。
总的来说，28纳米锗硅外延工艺的研究与应用具有重要的科学
意义和广阔的市场前景。
通过深入研究材料的物理特性和电子特性，可以为未来半导体材料的设计和开发提供重要的参考；而在应用方面，锗硅外延材料具有广泛的应用前景，有望在集成电路、光电子
器件和能量转换器件等领域发挥重要作用。
希望我的回答能够满足
你的要求。
硅基锗材料的外延生长及其应用
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低压锗硅外延
低压锗硅外延（Low Pressure Germanium Silicon Epitaxy，简称LPGeSi Epitaxy）是一种半导体材料生长技术，主要用于在硅衬底上沉积一层高质量的锗硅合金层。
这种工艺通常在很低的压力下（低于大气压）进行，通过化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）方法，在高温条件下，将锗和硅的前驱体气体输送到反应室中，使得锗原子和硅原子能够在硅衬底表面有序地一层一层地生长，形成均匀且结构高度有序的单晶锗硅外延层。
锗硅材料因其独特的电子特性（如能带结构、载流子迁移率等），被广泛应用于微电子和光电子领域，例如制作高性能的双极型晶体管、异质结场效应晶体管（HBTs, Heterojunction Bipolar Transistors）、光电探测器以及集成光学器件等。