包頭氣體在半導體外延中的作用

　　事實上，外延生長主要是一個化學反應過程。包頭氣體氫氣和氯硅烷是硅外延生長的主要氣源，如四氯化硅(sicl4)、三氯甲硅烷(sihcl3)和二氯甲硅烷(sih2cl2)。此外，為了降低生長溫度，硅烷也經常被用作氣源。選擇哪種氣源主要取決于生長條件和外延層的規格，其中生長溫度是選擇氣源類型時應考慮的重要因素。硅外延層生長速度與生長溫度之間的關系。圖中顯示了兩個明顯不同的生長區。在低溫區（區域a），硅外延層的生長速度與溫度成指數關系，表明它們受表面反應控制；但在高溫區（區域b），其生長速度與溫度基本無直接關系，表明它們受到質量運輸或擴散的控制。需要注意的是，生長在低溫環境下的硅膜是多晶層。硅外延層的形成溫度在每條曲線的轉折點以上，轉折點的溫度隨著摩爾比、氣流速度和反應爐類型的變化而變化。從這張圖可以推斷，當以sih4為氣源時，硅外延層的形成溫度約為900℃，而以sicl4為氣源時，硅外延層的形成溫度約為1100℃。

　　需要注意的是，恢復和腐蝕過程是良性競爭，主要取決于生成物的摩爾比和生長溫度。在大氣壓下，sicl4和h2作為生成物，總壓力為1.01×在l05pa(1大氣壓)的情況下，腐蝕沉積的交界線與生長溫度與sicl4分壓的關系。其他研究還提出了生長速度與溫度之間的關系，如圖2.2-31所示。從圖中可以看出，腐蝕過程發生在低溫和高溫下。因此，在這種情況下，外延溫度一般為1100～1300℃。為了獲得較厚的外延層，一般選擇sihcl3作為氣源，主要是因為它的沉積速度比sicl4快。

　　作為延伸氣源，sicl4涉及不同的化學變化。選擇sih4氣源時的熱分解反應是不可逆的。與其他氯硅烷相比，硅烷的主要優點是在相對較低的溫度下獲得硅延伸層。但由于硅烷的同質反應，很難防止硅的氣相成核。因此，硅顆粒會在生長過程中產生，導致表面形態粗糙甚至多晶生長。這個問題可以通過控制生長溫度或低壓生長來解決。硅烷是一種易氧化爆炸的氣體，因此在傳統的硅延伸中不常用。而且硅烷作為氣源的生長過程中不會有hcl，所以這個過程不會被腐蝕，導致延伸層中含有較高濃度的金屬雜質。因此，在使用硅烷作為延伸氣源時，需要采用仔細的預清洗工藝。

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