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包頭氣體在半導體外延中的作用

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包頭氣體在半導體外延中的作用

發布日期:2023-06-29 作者: 點擊:

  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℃。


包頭氣體


  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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