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              氣體在半導體外延工藝中起到什么作用

              2020-12-05 10:51:57    責任編輯: 外延工藝供氣管道系統工程公司     0

              當今,隨著時代的進步,社會已進入以半導體技術為核心的信息時代,在半導體制造生產過程中需要使用多種特殊氣體,那么今天我們就來聊一聊在半導體制造生產中氣體在半導體外延工藝中起到什么作用?

              外延生長實際上主要是一個化學反應過程。硅外延生長使用的主要氣源是氫氣和氯硅烷類,如四氯化硅(SiCl4)、三氯甲硅烷(SiHCl3)和二氯甲硅烷(SiH2Cl2)。另外,為了降低生長溫度,也經常使用硅烷作為氣源。選擇使用哪種氣源主要由生長條件和外延層的規格來決定的,其中生長溫度是選擇氣源種類時要考慮的最重要因素。硅外延層生長速度和生長溫度的關系。圖中顯示了兩個明顯不同的生長區域,在低溫區(區域A),硅外延層的生長速度和溫度成指數關系,表明它們受表面反應控制;而在高溫區(區域B),其生長速度和溫度幾乎沒有直接的關系,表明它們受質量輸運或者擴散的控制。需要著重指出的是,在低溫條件下生長的硅薄膜為多晶層。硅外延層的形成溫度在每條曲線的轉折點以上,轉折點的溫度隨著反應物的摩爾比、氣流速度以及反應爐的種類變化而變化。從這張圖中可以推斷出:當以SiH4為氣源時,硅外延層的形成溫度大約在900℃,而以SiCl4為氣源時,硅外延層的形成溫度大約在1 100℃。

              需要注意的是還原和腐蝕過程是相互競爭的,這主要決定于反應物的摩爾比和生長溫度。在大氣壓下,以SiCl4和H2為反應物并在總壓強為1.01×l05Pa(1大氣壓)的情況下,腐蝕和沉積的分界線與生長溫度和SiCl4分壓的關系。另外的研究也給出了以SiCl4和H2為硅外延的反應物時,生長速度和溫度的關系,如圖2.2-31表示。從圖中可以看出在低溫和高溫下發生的是腐蝕過程。因此在這種情況下,外延溫度通常選在1 100~1300℃。為了得到了較厚的外延層,通常會選擇SiHCl3作為氣源,主要是因為它的沉積速度比SiCl4的快。

              SiCl4作為外延氣源時所涉及的化學反應不同,采用SiH4氣源時的熱分解反應是不可逆的,其過程可以用、和其他任何氯硅烷相比,硅烷的主要優點是在相對較低的溫度下可以得到硅外延層。但是由于硅烷的同質反應,很難避免硅的氣相成核。因此在生長過程中將會形成硅顆粒,從而導致粗糙的表面形貌甚至是多晶生長。這個問題可以通過控制生長溫度或者在低壓生長而得到解決。硅烷是一種易于氧化和爆炸的氣體,因此在傳統的硅外延中,它不被經常使用。而且,在以硅烷為氣源的生長過程中不存在HCl,因此不存在腐蝕這道工藝過程,從而導致外延層中含有更高濃度的金屬雜質。因此,在使用硅烷作為外延氣源時,需要采取非常仔細的預清洗工藝。


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