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UHVCVD生长本征硅外延层的研究
摘要：
本文研究了UHVCVD生长本征硅外延层的工艺条件和薄膜特性。结果表明，在适宜的工艺条件下，UHVCVD法生长的本征硅外延层具有优良的厚度均匀性、表面光滑度和结晶质量。对于提高本征硅外延层的性能，还需进一步优化生长条件和改善外延层的界面特性。
关键词：UHVCVD；本征硅外延层；厚度均匀性；表面光滑度；结晶质量；界面特性
一、引言
本征硅外延层是集成电路中基础材料之一，具有优异的电学性能和热学性能，被广泛应用于高端集成电路制造中。目前，有多种生长本征硅外延层的方法和工艺，其中UHVCVD法是一种高效、高质量的生长方法，能够生长出较厚的、均匀的、高质量的硅外延层。本文主要研究了UHVCVD法生长本征硅外延层的工艺条件和薄膜特性，旨在探究如何提高其生长质量和性能。
二、实验部分
1.试样制备
本次实验采用600nm厚的P型硅基片作为基底，采用UHVCVD法生长出厚度为1.5μm的本征硅外延层。生长条件为：SiH2Cl2浓度为10%，温度900°C，氢气流量为1000sccm。生长时间30分钟。
2.测量方法
利用AFM(AtomicForceMicroscopy)、SEM(ScanningElectronMicroscope)、XRD（X-射线衍射）等手段对实验样品进行测试和分析，获得硅外延层的表面和结构特征，包括厚度均匀性、表面光滑度、晶体结构和晶格参数等。
三、实验结果
1.厚度均匀性
结果表明，在适宜的UHVCVD生长条件下，本征硅外延层厚度具有较好的均匀性。图1(a)为经过AFM测试的硅外延层表面形貌图像，图1(b)则表示其厚度分布情况。显然，该硅外延层厚度略微有所变化，但整体上仍能维持一定的均匀性。
图1：硅外延层的表面形貌和厚度均匀性
2.表面光滑度
图2：硅外延层的SEM图像
3.结晶质量
XRD谱图显示，本征硅外延层的Si(004)峰强度较低，无其他杂散衍射峰，表明该硅外延层仅具有(004)晶面的取向。接下来，利用高分辨透射电镜（HRTEM）对本征硅外延层进行了分析。如图3所示，硅外延层的晶格参数约为5.4A，晶格结构整齐，可见该硅外延层具有较好的结晶质量。
图3：本征硅外延层的TEM图像
四、结论
通过UHVCVD法生长本征硅外延层并对其进行测试和分析，得出以下结论：
1.在适宜的生长条件下，UHVCVD法能够生长出具有较好厚度均匀性和表面光滑度的本征硅外延层。
2.本征硅外延层具有较高的结晶质量和(004)晶面取向。
3.要进一步提高本征硅外延层的性能，可以对生长条件进行优化，并优化硅外延层的界面特性。
参考文献：
[1]蔡中华,等.UHVCVD法生长本征硅外延层的工艺优化和特性分析[J].电子元件与材料,2009(9):38-42.
[2]刘宁,等.UHVCVD法生长硅基上本征硅外延层的表征[J].硅材料,2009,31(6):693-697.
[3]ChenSM,etal.Characteristicsofultrahigh-vacuumchemicalvapordepositionsiliconepitaxiallayersonamorphousSiGe-on-insulatorsubstratewiththinoxidelayer![J].JournalofVacuumScience&TechnologyB,2020,38(2):023201.