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毕业论文简介

外延抑制自掺杂技术研究

应用物理2班08510233伏瑜指导老师：王青（教授）杜金生（工程师）

摘要

外延层杂质浓度是影响电学性能的重要参数，外延掺杂存在有意识掺杂和无意识掺杂（即自掺杂），

自掺杂影响外延生长。自掺杂降低了衬底/外延界面过渡区的陡峭程度，同时也增加了外延淀积过程中的本

底浓度。不但对外延层的电阻率控制带来相当大的困难，使外延层界面处杂质分布梯度变缓，外延层有效厚度减薄，

PN结击穿电压的显著降低，晶体管的大电流特性变坏，特别不利于要求薄而界面处杂质分布陡的外延层的微波器件的

制造。而白云千载空悠悠的上一句是啥 且一些有害杂质的存在，还会使噪声增加等。

本文对外延淀积过程中自掺杂的产生进行了分析，提出了在外延淀积过程中可以通过改变压力、温度、

及采用HCI腐蚀抛光技术、背封技术、H

2

烘烤赶气技术、二步外延技术等方法来解决外延自掺杂，从而改

善器件的特性参数。

关键词：外延淀积自掺杂

Abstract

Theimpurityconcentrationisakeyparameterwhichhasaneffectontheelectricalperformanceofthedevicein

theepitaxy,thedopingofepitaxyexistsconsciousandunconsciousdoping（i.e,self-doping）,thegrowthofepitaxy

heself-dopingreducedthesteepdegreeofsubstrateandtheepitaxyinterfaceof

transitionregion,sthecontrolofthe

epitaxy,sresistivitydifficult,theepitaxyoftheinterfacebetweenlayerimpuritiesdistributiongradientslow,theepitaxy

ofeffectivethicknessthin,thebreakdownvoltageofPNjunctionsignificantlyreduce,andthecurren感叹岁月流逝唯美句子 tcharacteristicsof

transistorchangebad,especiallytothedisadvantageofma关于哲理的诗句 nufacturingmicrowavedevices,whichwererequiredthin

existenceofsomeharmfulimpurities,stillcan

makenoiseup,etc.

Thispaperanalisedthegenerationofself-dopingduringtheepitaxialdeposition,sometechniquessuchas

alteringpress,temperature，HClrot,back-seal,H2expel，andtwo-stepepitaxy,areproposedtoimprovethe

electricalcharateristicsofthedevicebyreducingself-dopingeffectduringepitaxialdeposition.

Keywords:Epitaxy;Deposition春分诗词 ;Self-doping;

第一章外延技术概述

1、概念

所谓外延就是在一定的条件下，在单晶衬底上，沿原来的结晶方向生长一层导电类型、电阻率、

厚度和晶格结构、完整性等都符合要求的新单晶层的工艺过程。生长的单晶层称为

外延层（如图1-1）。

2、工艺知识

目前制备半导体单晶外延层的最主要方法是化学气相淀积法(ChemicalVaporDeposition,

CVD)。所谓化学气相淀积，就是利用气态物质在固体表面上进行化学反应，生

成固态淀积物的过程。其主要的反应式为：

第二章掺杂存在的问题及解决方法1、掺杂

掺杂指在生长外延层的同时引入n型或p型杂质。外延掺杂中存在有意识掺杂和无意识掺杂，主

要的有意识掺杂是指在外延层上有意进行的掺杂，通过掺杂，使外延层的电阻率达

到一定的值。无意识掺杂是衬底表面的固态扩散和气相中的自掺杂，是外延工艺中不希望存

在的掺杂。

2、自掺杂存在的问题

自掺杂的存在降低了衬底/外延界面过渡区的陡峭程度，同时也增加了外延淀积过程中的本底浓

度。不但对外延层的电阻率控制带来相当大的困难，使外延层界面处杂质分布梯度

变缓，外延层有效厚度减薄，PN结击穿电压的显著降低，晶体管的大电流特性变坏，特别

不利于要求薄而界面处杂质分布陡的外延层的微波器件的制造。而且一些有害杂质的存在，还会使噪

声增加等。

3、解决方法

a.选取衬底杂质b.高温处理衬底c.低压外延d.低温外延腐蚀抛光f.背封g.二步外延h.H2烘

烤赶气

SiHxCly+XH2=Si+yHCl

图1-1硅外延层

3、外延层制备的主要设备

图1-2慈母手中线游子身上衣的意思 PER061桶式感应加热外延炉外形

图1-3ASM-E2单片红外加热外延炉外形

第三章外延抑制自掺杂技术试验研究

1低压外延技术

低压环境改变了反应室中的气体流动，使源气体分子占主导地位，比较复杂的气流环境

变得简单，原来的紊乱气流变成层流气流。同时，气体的分子密度变稀，分子的平均自由能

增大，杂质的扩散速度加快，因而由衬底逸出的杂质能快速地穿过边界层被主气流排除出反

应室，使得这些杂质重假公济私 新进入外延层的机会大大减少。

图3-1压力与电阻率的关系

由图3-1可知，随着压力的降低，自掺杂减小，参与导电的离子减少，电导率降低，电阻率升

高。所以，低压能明显抑制自掺杂现象。

2、低温外延技术

当温度降低时，可以有效地降低高温产生的杂质扩散，从而减小了自掺杂对外延层杂质

由图3-2可知，温度越高，电阻率越低，均匀性越差，存在的自掺杂现象就越严重。随着温度的

逐步降低，电阻率的值和均匀性得到了很好的改善，自掺杂现象明显减小。

3、HCI腐蚀抛光技术

HCI气相腐蚀抛光技术是去除外延沾污和缺陷的重要手段之一，在高重阳节好词好句 温下通过HC赠刘景文宋苏轼古诗朗读 I与

硅发生化学反应，把硅片表面剥去一层，既可去除沾污和损伤层，又能去除去尺寸较小的合

金点，给外延生长提供一个洁净、无损的表面。实验发现，HCI气相抛光因降低表面杂质浓

度对抑制某些杂质的自掺杂有明显的效果。

组电阻率一B-E组电阻率

图3-3HCI抛光对外延层电阻率的影响

经HCI处理后的硅片，电阻率上升，均匀性也很好，自掺杂明显降低

4、背封技术

采用石墨基坐的包硅自封闭工艺可以有效的防止衬底AS原子的自掺杂效应。

表3.1采用背封技术后厚度和电阻率的均值

第一片第二片第三片第四片第五片

厚度(umD5.755.735.765.745.72

电阻率(Q/BH)

4.584.624.594.564.55

从表3.1可以看出，厚度均值最大值与最小值之间只差了0.04，偏差为仅0.35%。电

阻率均值的最大值与最小值之间差了0.07，偏差为0.77%。由此可以看出，背封技术很好

的抑制了自掺杂效应，使厚度和电阻率的均匀性得到很好的改善。

总结

经以上实验及生产实践证实，低压外延、低温外延、HCI腐蚀抛光、背封等技术是抑制自掺杂的

有效方法，宜于在生产中推广使用。

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