外延工艺介绍
液相外延工艺流程
液相外延工艺流程液相外延（LPD）是一种利用化学反应在晶体生长表面沉积薄膜的工艺。
它是一种常用的薄膜制备方法，能够制备高质量的晶体薄膜，广泛应用于半导体、光电子和光学器件等领域。
液相外延的工艺流程分为清洗晶片、制备原料溶液、薄膜生长、薄膜表面处理和退火等几个步骤。
清洗晶片是为了去除晶片表面的杂质和有机物，保证晶片表面的洁净度。
首先，将晶片浸泡在有机溶剂中，去除表面的有机物。
然后，用去离子水或酸性溶液清洗晶片，去除表面的无机杂质。
最后，用氮气吹干晶片。
制备原料溶液是液相外延的核心。
首先，将所需元素的化合物溶解在适量的溶剂中，形成原料溶液。
然后，将原料溶液注入反应腔体中，使晶片表面浸泡在溶液中。
控制溶液的温度和浓度，使反应发生在晶片表面。
薄膜生长是液相外延的关键环节。
在溶液中，元素的化合物分解成离子，然后在晶片表面成核。
随着时间的推移，离子逐渐沉积在晶片表面，形成薄膜。
通过控制反应时间和温度，可以控制薄膜的厚度和质量。
薄膜表面处理是为了提高薄膜表面的平整度和粗糙度。
通常采用化学机械抛光（CMP）或退火的方法。
CMP通过机械研磨和化学溶解的方式，去除薄膜表面的缺陷和粗糙度。
退火则是利用高温处理，使薄膜结构更加稳定和均匀。
退火是为了提高薄膜的结晶度和结晶质量。
通常将晶片置于高温炉中加热，使薄膜内部的晶体结构更加完整和有序。
通过控制退火温度和时间，可以调节薄膜的电学、光学和机械性能。
液相外延工艺流程严格控制各个步骤的参数，以确保薄膜的质量和性能。
同时，还需进行多次试验和优化，以提高工艺的稳定性和可靠性。
液相外延工艺在半导体、光电子和光学器件等领域具有广泛的应用前景，有助于推动科技的发展和进步。
碳化硅 外延 8寸 工艺
碳化硅外延 8寸工艺碳化硅外延8寸工艺简介碳化硅外延技术是一种先进的半导体制造工艺，可以用于制备高质量的碳化硅晶片。
本文将介绍碳化硅外延8寸工艺的相关内容。
什么是碳化硅外延8寸工艺碳化硅外延8寸工艺是指在8英寸直径的硅基片上生长碳化硅薄膜的一种工艺。
碳化硅是一种具有优异性能的半导体材料，具有高电子迁移率、高热导率和较宽的禁带宽度等特点，被广泛应用于功率电子、光电子和射频领域。
工艺流程碳化硅外延8寸工艺的主要流程包括以下几个步骤：1.基片准备：选择合适的硅基片，进行表面清洗和去除氧化层处理，以提供良好的生长基底。
2.反应器装载：将处理好的基片放入外延反应器中，以保证生长的均匀性和一致性。
3.预热和清洗：在反应器中进行预热和清洗步骤，以减少杂质对碳化硅生长的影响，并确保基片表面洁净。
4.生长：通过加热基片和供应适量的碳化硅源气体，使碳化硅沉积在基片表面，形成薄膜。
5.冷却和退火：完成碳化硅生长后，进行冷却和退火处理，以优化晶体质量和降低残余应力。
6.薄膜测试：对生长好的碳化硅薄膜进行各种测试，如薄膜厚度、粗糙度、晶体结构和电学性能等。
7.切割和打磨：将生长好的碳化硅薄膜切割成单个芯片，并进行精细打磨，以满足特定应用的需求。
应用领域碳化硅外延8寸工艺的应用领域广泛，包括但不限于以下几个方面：•功率电子：碳化硅具有高电压抗击穿能力和低导通电阻，被用于制造功率变换器和电力传输设备。
•光电子：碳化硅薄膜具有较高的光学透过率和较低的自发发光特性，可用于制备光电探测器和激光二极管等光电器件。
•射频：碳化硅具有高热传导性能和高频特性，被应用于射频功率放大器和微波器件等。
总结碳化硅外延8寸工艺是一项关键的半导体制造技术，其生长的碳化硅薄膜具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着碳化硅技术的不断发展和创新，我们相信碳化硅外延8寸工艺将在未来发挥更重要的作用。
挑战与机遇挑战碳化硅外延8寸工艺虽然有许多优点，但也面临一些挑战：•成本高：碳化硅外延8寸工艺需要昂贵的设备和材料，在初期投资和运营成本方面需要考虑。
外延工艺-SYGJPIE
外延的分类：
固相外延（SPE， Solid Phase Epitaxy）：半导体单晶上的非晶
生成固态物质和气体副产物，固态物淀积。
(d) 气态副产物和未反应的反应剂扩散通过界
面边界层。 (e) 进入主气流里，并离开系统
边界层：又称滞留层，主气流区与硅片表面之 间气流速度受扰动 的气体薄层
化学气相沉积的优点： ①好的台阶覆盖能力 ②填充高的深宽比间隙的能力 ③好的厚度均匀性 ④高纯度、高密度 ⑤可控制的化学组分 ⑥高度的结构完整性和低的膜应力。 ⑦好的电学特性 ⑧对衬底材料或下层膜有好的粘附性
雾状表面缺陷 ①雾圈 ②白雾
①雾圈 ②白雾
③残迹
④花雾
③残迹
④花雾
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角锥体：又称三角锥或乳突
减少外延层缺陷的方法：
1、仔细地抛光、清洗硅衬底，做到表面光洁度好、清洁、
无划痕和损伤、无沾污。 ； 2、采用超纯石墨基座，最好采用CVD涂覆碳化硅的石墨基 座，以减少来源于基座的金属杂质影响。 ； 3、对外延用衬底C和O含量进行控制； 4、对外延衬底进行外吸除； 5、要减少金属杂质对外延片的沾污,首先要对各种沾污源 进行控制和防护。例如选用低金属含量的衬底;加强衬底硅片 的清洗,经常对外延基座和反应室进行ＨＣｌ高温腐蚀处理等。
层在低于该材料的熔点或共晶点温度下，通过退火等手段,在单 晶衬底上生长出新的单晶层的过程。固相外延衬底温度低，杂 质扩散小，有利于制造突变掺杂界面的外延层。
【2024版】外延工艺培训课件
（3）升温（两步）（4）HCl排空、抛光（5）H2清洗（6）外延生长（7）H2清洗-降低自掺杂效应（8）降温（9）N2清洗
反应物和载气（如H2）一起被引入反应器中，而晶片一般维持在650℃到850℃的范围。必须有足够的砷的过蒸汽压，以防止衬底和生长层的热分解。
3.7.1 外延生长原理1 气相外延外延是指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术，新单晶的晶向取决于衬底，由衬底向外外延而成。外延方法很多，硅半导体器件中通常采用硅的气相外延法。其过程是：四氯化硅（SiCl4)或硅烷（SiH4)，在加热的硅衬底表面与氢发生反应或自身发生热分解，还原成硅，并以单晶形式沉积在硅衬底表面。
2外延生长设备
外延系统应满足如下要求：(1)气密性好(2)温度均匀且精确可控，能保证衬底均匀地升温与降温；(3)气流均匀分布(4)反应剂与掺杂计的浓度及流量精确可控(5)管道、阀门用不锈钢制造，并保证连接可靠。(6)要使用多个流量计使反应剂与掺杂计的浓度及流量精确可控。(7)石墨基座由高纯墨制成。加热采用射频感应加热方式。
1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist) 天才只意味着终身不懈的努力。21.5.265.26.202108:3008:30:57May-2108:302、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年五月二十六日2021年5月26日星期三3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.20214、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:575、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday, May 26, 2021May 21Wednesday, May 26, 20215/26/2021
3外延工艺
异质外延衬底和外延层的材料不同，晶体结构和晶格常数 不可能完全匹配。外延生长工艺不同，在外延界面会出现 两种情况——应力释放带来界面缺陷，或者在外延层很薄 时出现赝晶（pseudomorphic）
异质外延生长工艺的两种类型
晶格失配 lattice mismatch
失配率： f = a − a' 100% a'
2.2 气相外延原理
以硅烷为源进行外延 SiH4气体被通入反应器,气相输运 到达硅衬底，射频加热器
直接给基座加热，基座上的衬底温度高， 硅烷就在衬底表 面分解出硅，硅 原子规则排列为外延层 将外延过程分解为气相质量传递和表面外延两个过程来具 体分析。
主观题 10分
分析下图气相外延设备中温度，反应气体浓度以 及气体流速沿水平和垂直方向的变化趋势
• 其中：a外延层晶格参数（热膨胀系数或 者晶格常数）； a′衬底晶格参数。有热膨 胀失配系数和晶格常数失配率。
热失配影响 单晶薄膜物 理和电学性 质
晶格失配导致 外延膜中缺陷 密度非常高
外延特点
• 外延生长时掺入杂质的类型、浓度都可 以与衬底不同，增加了微电子器件和电 路工艺的灵活性。
• 多次外延工艺得到多层不同掺杂类型、 不同杂质含量、不同厚度，甚至不同材 料的外延层。
作答
异质外延的相容性 1. 衬底与外延层不发生化学反应，不发
生大量的溶解现象； 2.衬底与外延层热力学参数相匹配，即热
膨胀系数接近。以避免外延层由生长温度冷却至 室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至外延 层破裂。
3.衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体 结构，晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引 起的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力 大的现象。
输出 PNP
氮化镓外延工艺流程
氮化镓外延工艺流程氮化镓外延工艺流程是一种用于制备氮化镓薄膜的技术，主要应用于半导体器件的制造过程中。
本文将介绍氮化镓外延工艺流程的详细步骤和关键技术。
一、材料准备在进行氮化镓外延工艺之前，首先需要准备好所需的材料。
主要包括镓基片、氮化镓外延源气体、反应室和外延设备等。
二、基片处理1. 清洗基片：将镓基片放入超声波清洗机中，使用有机溶剂或超纯水进行清洗，去除表面的杂质和污染物。
2. 镀金属层：在清洗完成后，将基片放入真空镀膜设备中，通过物理气相沉积或化学气相沉积的方法，在基片表面镀上一层金属层，以提高氮化镓与基片的附着力。
三、外延生长1. 外延源气体进入反应室：将氮化镓外延源气体通过气体输送系统引入反应室，并控制气体流量和压力。
2. 加热反应室：使用加热元件对反应室进行加热，使其达到所需的生长温度。
3. 氮化镓生长：将基片放置在反应室内的石英载体上，通过热分解或化学反应，使氮化镓源气体中的镓元素在基片表面沉积形成氮化镓薄膜。
同时，通过调节反应室内的温度、气体流量和压力等参数，控制氮化镓薄膜的生长速率和质量。
4. 冷却退火：在氮化镓薄膜生长完成后，通过降低反应室温度或使用冷却装置，使其缓慢冷却至室温，以消除应力和提高薄膜质量。
四、薄膜表征和后处理1. 表面形貌观察：使用原子力显微镜等设备对氮化镓薄膜的表面形貌进行观察和分析，以评估薄膜的平整度和光洁度。
2. 结构分析：使用X射线衍射仪、透射电子显微镜等设备对氮化镓薄膜的结晶结构、晶格常数和晶体质量进行分析和表征。
3. 电学性能测试：使用霍尔效应测试仪、电学测试系统等设备对氮化镓薄膜的电学性能进行测试，包括载流子浓度、迁移率和电阻率等参数的测量。
4. 后处理：根据实际需求，可以对氮化镓薄膜进行后处理，如刻蚀、沉积其他材料或制备器件等。
氮化镓外延工艺流程是一项复杂的制备技术，需要对材料、设备和工艺参数等方面进行精确控制和调整。
通过不断优化工艺流程和改进技术，可以获得高质量的氮化镓薄膜，进而应用于光电子器件、功率器件和无线通信等领域。
芯片工艺与外延工艺的关系
芯片工艺与外延工艺的关系
芯片工艺和外延工艺是密切相关的两个概念，它们都是在半导体行业中使用的术语。
芯片工艺（Chip Process）是指制造芯片的过程，包括制备晶圆、薄膜沉积、光刻、离子注入、退火、金属沉积、刻蚀等一系列工艺步骤。
芯片工艺的目标是将电子元器件（如晶体管、电容器、电阻器等）制造在芯片表面上，并通过多层金属线路将这些电子元器件连接起来，形成集成电路。
而外延工艺（Epitaxial Growth）是制备外延层的一种方法，外延层是一种在单晶硅衬底上生长的薄层材料。
外延工艺是通过在衬底表面引入材料的气体（如氛围中的气体或有机金属气体），实现晶体的生长。
通过外延工艺可以获得与衬底具有相同晶格结构的晶体层，可以增加或改变芯片材料的特性，提高芯片的性能和可靠性。
在芯片制造中，外延工艺通常是芯片工艺的一部分，主要用于生长晶体层，形成芯片的活性区域。
外延层可以增加芯片的功能，例如用于形成高频器件、光电器件、功率器件等。
芯片工艺继续在外延层上进行，包括刻蚀、光刻、电镀等步骤，最终形成完整的芯片产品。
因此，芯片工艺和外延工艺是相互关联和依赖的，外延工艺为芯片工艺提供了材料基础，而芯片工艺则对外延层进行加工和构建，最终实现芯片的功能和性能。
外延片工艺流程
外延片工艺流程外延片工艺流程是指在制备半导体外延片时所需的一系列工艺步骤，它是半导体制造过程中至关重要的一环。
下面将详细介绍外延片工艺的主要流程。
首先，需要准备硅基片。
硅基片是外延片生长的基材，通常是单晶硅。
在准备硅基片的过程中，首先需要清洗硅片表面，去除其中的杂质和污染物。
然后，对硅片进行化学、物理上的处理，以提高其晶格结构和表面平整度。
接着，进行外延层的生长。
外延层是半导体基片上新生成的材料层，可以是单晶硅、氮化镓、磷化镓等。
外延层的生长常采用化学气相沉积（CVD）的方法。
在这个过程中，需要将原料气体注入到管道中，然后经加热和反应，形成所需的外延材料。
通过控制温度、气压、气体流量等参数，可以获得特定组分和厚度的外延层。
在外延层生长完毕后，需要进行表面处理。
这个步骤的目的是去除外延层表面的氧化物和杂质，使其变得平整、洁净。
常用的表面处理方法包括化学机械抛光、溶液腐蚀等。
通过表面处理，可以提高外延层的光电性能和表面平整度。
接下来是特征加工的步骤。
这个过程中，需要利用光刻、干蚀刻等技术，在外延层表面形成特定的结构和图案。
通过特征加工，可以制备出半导体器件的组成结构，如晶体管、二极管等。
特征加工中的光刻工艺是其中最重要的一环，它需要使用光刻胶将图案转移到外延层表面，然后通过蚀刻等方法将不需要的材料移除。
最后是器件制造和封装的过程。
在这个阶段，需要利用金属电极、介质等材料对外延层进行加工和封装，形成成品器件。
制造过程中需要进行各种测试，确保器件的质量和性能达到设计要求。
外延片工艺流程是一个复杂而精细的制造过程，需要高度的专业知识和严格的操作控制。
每个工艺步骤都对最终产品的质量和性能有着重要影响。
随着半导体技术的不断发展，外延片工艺也在不断地进步和改进，以满足不断增长的市场需求。
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• 什么叫外延生长？ • 硅外延的基本原理 • 外延设备及所用的气体 • 在外延中应注意的问题 • 外延层中的晶体缺陷 • 外延的质量表征因子 • 外延层测试设备 • 目前国内外延的动态 • 从事外延工作人员应具备的基本素质：敬业精神、
一丝不苟的工作态度、质量意识和安全意识。
什么叫外延？
外延Epitaxy这个词来源于希腊字epi,意思是“…之上”。这样选定的 词对外延提供了一个恰当的描写。一个含有硅原子的气体以适当的方式通 过衬底，自反应剂分子释放出的原子在衬底上运动直到它们到达适当的位 置，并成为生长源的一部分，在适当的条件下就得到单一的晶向。所得到 的外延层精确地为单晶衬底的延续。
硅外延生长其意义是在具有一定晶向的硅单晶衬底上生长一层具有和 衬底相同晶向的电阻率与厚度不同的晶格结构完整性好的晶体。
半导体分立元器件和集成电路制造工艺需要外延生长技术，因半导体 其中所含的杂质有N型和P型，通过不同类型的组合，使半导体器件和集成 电路具有各种各样的功能，应用外延生长技术就能容易地实现。
况 更为复杂。杂质的掺入效率不但依赖于生长温度,同时每种掺杂剂 都有其自身的特征。一般情况下,硅的生长速率相对稳定。硼的掺 入量随生长温度上升而增加，而磷和砷却随生长温度的生长温度 的上升而下降(见图1)。
掺杂浓度(原子/cm3)
掺杂浓度
1018 1017
B2H6 PH3 AsH3
1016
1100 1200
氯硅烷还原法的特点在于它是一个吸热过程,该反应需要在高温 下才能发生。这些反应是可逆的，其可逆的程度随氯硅烷中氯(Cl) 的含量的增加而增加。同时，氯的含量决定了外延生长温度范围。 外延生长温度随硅源中氯（Cl)含量的增加而增加。
同时我们应知道，硅片表面是硅单晶体的一个断面，有一层或 多层原子的键被打开，这些不饱和键处于不稳定状态，极易吸附 周围环境中的原子和分子，此现象称为“吸附”。吸附在硅片表 面的杂质粒子在其平衡位置附近不停地做热运动，有的杂质离子 获得了较大的动能，脱离硅片表面，重新回到周围环境中，此现 象称为“解吸”。而同时介质中的另一些粒子又被重新吸附，即硅 片表面层吸附的杂质粒子处于动平衡状态。
同时外延生长的重要特征之一是可以用任意浓度和导电类型的硅衬底上人 为的故意地进行掺杂，以满足器件花样众多的要求。
气相外延生长过程包括： （1）反应剂（SiCl4或SiHCl3+H2）气体混合物质量转移到衬底表面； （2）吸收反应剂分子在表面上（反应物分子穿过附面层向衬底表面迁移）； （3）在表面上进行反应或一系列反应； （4）释放出副产物分子； （5）副产物分子向主气流质量转移；（排外） （6）原子加接到生长阶梯上。
对硅片而言 吸附放热 ,解吸吸热。 按照被吸附的物质的存在状态，吸附在硅片表面的杂质可分为： 分子型，离子型和原子型三种。
外延生长掺杂原理
为了使半导体器件得到所需要求的电参数，用P型或N型杂质对 外延层进行掺杂是必要的。器件的效果取决于掺杂浓度的准确控 制和掺杂剂浓度沿外延层的纵向分布。
外延层中的杂质原子是在生长过程中被结合到外延层的晶格 中。杂质的沉淀过程与外延生长过程相似，也存在质量传输和表 面化学反应控制两个区域.但杂质源和硅源的化学动力学不同,情
外延设备及所用的气体：
化学气相外延生长使用的设备装置通常称谓外延生长反应炉。一般主 要由气相控制系统、电子控制系统、反应炉主体、排气系统四部分组成。
反应炉炉体它是在高纯石英钟罩中悬挂着一个多边锥状桶式经过特殊 处理的高纯石墨基座。基座上放置硅片，利用红外灯快速均匀加热。九段 温控、中心轴可以旋转，进行严格双密封的耐热防爆结构。 电源系统：独立电源线、3相4线、50Hz、350A 气体控制系统：高精度的质量流量计、传动器气动阀控制，无泄露、耐腐 蚀的EP管、氢（H2）检漏、报警系统 冷却系统：足够的水冷循环系统和风冷循环系统 控制系统：微机程序控制、联锁方法，安全可靠 炉体：石英钟罩、石英环、石英吊杆、护套、双密封泵、高纯石墨基座 温度控制系统：独特的红外灯辐射加热、9段温控，均匀快速加热，可调
漂移和图形畸变。生长速率0.1um/min
1.2um/min
1016/cm3
增加0.5um/min时，杂质自掺杂减少。杂
0.6um/min
质外扩散也随生长速率的增加而减少。反 之，图形漂移则随生长速率的增加而增加。
0.1um/min
混合气流的流速也影响外延层的均匀性，
低流速可以产生较差的均匀性。
1000 1100 1200
另外，衬底的取向能够影响杂质的掺入数量。掺杂剂的
掺入行为还受生长速率的影响，以砷(As)为例，一般生长速率 快，掺入行为降低。而磷(P)掺杂浓度变化在不同生长速率下是 不同的，在1016/cm3浓度，生长速率0.1um/min,生长温度 1100~1200℃有上升趋势．（见图２）
生长速率也影响杂质的再分布，图形
硅外延生长方法，目前国际上广泛的采用化学气相沉积生长方法满足 晶体的完整性、器件结构的多样化，装置可控简便，批量生产、纯度的保 证、均匀性要求。
硅外延的基本原理:
硅的化学气相沉积外延生长其原理是在高温（＞1100℃）的衬底上输送 硅的化合物（SiHCl3或SiCl4或SiH2Cl2等）利用氢（H2）在衬底上通过还原 反应析出硅的方法。
外延工艺简介
2005.08.05
By 赵仲镛 杭州士兰集成电路有限公司 杭州经济技术开发东区10号路308号 Hangzhou Silan Integrated Circuit Co., Ltd。 308, No. 10 Road, East HETZ, Hangzhou, Zhejiang, China 310018
1300 T(℃)
(图1) 硅外延中掺杂剂的掺入系数 与生长温度就之间的函数
Xj Xat
Cf(x)
Cat(x) 气相自掺杂 系统自掺杂与距外延表面深度之间 的关系曲线示意图.这种阶梯式的 分布是自掺杂和外扩散不发生的 理想情况.该弯曲分布是由于不均 匀掺杂杂质所导致的实际情况
图2
在P型外延生长中,我们应该认识重掺硼(B)有其特 点。硼(B)原子质量很小，值为10.81，而磷(P)为 30.9、砷(As)为74，锑(Sb)为121。
因为硼(B)很轻，半径小，因自由程大在流动气体 中相对扩散距离大(相对于P、As、Sb)。而它更容易 到达反应器壁、石墨基座、石英件等表面，而被大量 吸附，成为外延生长的掺杂源。而P、As、Sb运动距 离小，易被气流带出反应室外，所以重掺硼(B)P型衬 底自掺杂效应严重难控制。