硅外延技术：材料规范与集成电路制造

"该文主要介绍了硅外延材料的技术规范，包括外延层的掺杂剂类型、晶向、电阻率、厚度、堆垛层错密度、滑移线、表面质量、冠状边缘、点缺陷等多个关键参数。此外，文章还提到了外延的基本概念，如外延工艺的分类（气相外延、分子束外延等）以及同质和异质外延的定义。" 硅外延是集成电路制造中的重要工艺，它涉及到在单晶硅衬底上生长与衬底晶向一致的单晶层。外延层可以具有不同的掺杂类型和电阻率，例如P型或N型，并且可以用于创建n/n+、n/p或n/n+/n+等结构。在微电子工艺中，外延层的生长温度远低于硅的熔点，确保了材料的晶体完整性和器件性能。 在外延材料的技术规范中，关注的主要参数包括： 1. 掺杂剂：外延层可掺杂硼（P,P+)或磷（N,N+)，以控制其导电性。 2. 晶向：外延层通常沿<100>或<111>方向生长，保持与衬底相同的晶体取向。 3. 电阻率：根据不同的外延炉直径和类型，电阻率有严格的范围，如批式100mm到200mm直径的外延片，电阻率的均匀性要求在±2%至±8%之间。 4. 厚度：外延层的厚度控制在3-100μm（批式）或0.1-20μm（单片），允许的均匀性误差在±2%至±3%。 5. 堆垛层错密度：要求低至10/cm²，以减少晶体缺陷。 6. 滑移线：限制总长度和总长度比例，以保持晶体的完整性。 7. 表面质量：不允许存在雾、划伤、凹坑、桔皮、裂纹、鸦爪、崩边、异物或背面沾污等问题。 8. 冠状边缘：表面凸起物的高度不超过外延层厚度的1/3。 9. 点缺陷：遵循SEMI标准进行检测，确保高质量。 外延工艺主要有气相外延（VPE）、液相外延（LPE）、固相外延（SPE）和分子束外延（MBE）。气相外延是硅工艺中常用的，因为它能精确控制薄膜厚度、杂质浓度和晶格完整性。同质外延和异质外延则根据外延层和衬底材料是否相同来区分。异质外延需要考虑衬底与外延层之间的相容性，包括化学反应、热膨胀系数和晶格参数匹配，以减少界面缺陷和应力。 异质外延生长时，由于晶格参数的不匹配，可能会导致应力释放和界面缺陷，有时在很薄的外延层中会形成赝晶结构。失配率是衡量这种不匹配程度的指标，其计算涉及外延层和衬底的晶格参数。通过控制生长工艺，可以优化这些参数，以实现高质量的异质外延层。