包头气体在半导体外延中的作用

　　事实上，外延生长主要是一个化学反应过程。包头气体氢气和氯硅烷是硅外延生长的主要气源，如四氯化硅(sicl4)、三氯甲硅烷(sihcl3)和二氯甲硅烷(sih2cl2)。此外，为了降低生长温度，硅烷也经常被用作气源。选择哪种气源主要取决于生长条件和外延层的规格，其中生长温度是选择气源类型时应考虑的重要因素。硅外延层生长速度与生长温度之间的关系。图中显示了两个明显不同的生长区。在低温区（区域a），硅外延层的生长速度与温度成指数关系，表明它们受表面反应控制；但在高温区（区域b），其生长速度与温度基本无直接关系，表明它们受到质量运输或扩散的控制。需要注意的是，生长在低温环境下的硅膜是多晶层。硅外延层的形成温度在每条曲线的转折点以上，转折点的温度随着摩尔比、气流速度和反应炉类型的变化而变化。从这张图可以推断，当以sih4为气源时，硅外延层的形成温度约为900℃，而以sicl4为气源时，硅外延层的形成温度约为1100℃。

　　需要注意的是，恢复和腐蚀过程是良性竞争，主要取决于生成物的摩尔比和生长温度。在大气压下，sicl4和h2作为生成物，总压力为1.01×在l05pa(1大气压)的情况下，腐蚀沉积的交界线与生长温度与sicl4分压的关系。其他研究还提出了生长速度与温度之间的关系，如图2.2-31所示。从图中可以看出，腐蚀过程发生在低温和高温下。因此，在这种情况下，外延温度一般为1100～1300℃。为了获得较厚的外延层，一般选择sihcl3作为气源，主要是因为它的沉积速度比sicl4快。

　　作为延伸气源，sicl4涉及不同的化学变化。选择sih4气源时的热分解反应是不可逆的。与其他氯硅烷相比，硅烷的主要优点是在相对较低的温度下获得硅延伸层。但由于硅烷的同质反应，很难防止硅的气相成核。因此，硅颗粒会在生长过程中产生，导致表面形态粗糙甚至多晶生长。这个问题可以通过控制生长温度或低压生长来解决。硅烷是一种易氧化爆炸的气体，因此在传统的硅延伸中不常用。而且硅烷作为气源的生长过程中不会有hcl，所以这个过程不会被腐蚀，导致延伸层中含有较高浓度的金属杂质。因此，在使用硅烷作为延伸气源时，需要采用仔细的预清洗工艺。

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