當(dāng)一定流速的流體(載氣)經(jīng)過圃體(襯底)表面時,由于氣流與襯底的摩擦力導(dǎo)致在固體表面出現(xiàn)一個流體速度受到干擾而變化的薄層,稱為邊界層或滯流層。H9LA1GG25HAMBR-46M邊界層的厚度與流體流速、黏滯系數(shù)、流體密度等參數(shù)有關(guān)。在邊界層內(nèi),流體的流速很慢,因此反應(yīng)物(副產(chǎn)物)的傳輸主要以擴(kuò)散為主。邊界層將薄膜生長與反應(yīng)物層流分開,反應(yīng)物向襯底的傳輸減弱,從而影響薄膜的生長。但同時邊界層的存在又為薄膜生長創(chuàng)造了相對穩(wěn)定的環(huán)境,有利于制備高質(zhì)量的外延薄膜。

   氣相外延是目前硅外延生長的主要方法,一般以sH4、SH2C12、sⅢC13或siC14為反應(yīng)氣體,在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底(硅或藍(lán)寶石)上。按照反應(yīng)類型,硅的氣相外延可分為氫氣還原法和直接熱分解法。氫氣還原法利用氫氣在高

溫(~1200℃)下將氣相含硅前驅(qū)物還原產(chǎn)生硅原子在襯底表面進(jìn)行外延生長,例如:

   SiC1(g)+2H2(g) ←si(s)+4HC1(g)

   上述反應(yīng)為可逆反應(yīng),硅的外延生長速率取決于兩種原料氣(sC1和H2)的含量。當(dāng)硅外延薄膜的沉積速率超過2uWmin時,副產(chǎn)物HCl濃度增加將刻蝕新生成的硅原子(逆反應(yīng)發(fā)生)和硅襯底材料。以siH4為原料氣的直接熱分解反應(yīng)能夠在較低溫度(~650℃)

實現(xiàn)硅的外延生長,且在反應(yīng)過程中并不會產(chǎn)生腐蝕性的HCl,反應(yīng)式如下:

   siH4(g)-9Si(s)+2H2(g)

   雖然以siH4為硅源制備硅外延片具有反應(yīng)溫度低,無腐蝕性氣體的特點,但反應(yīng)過程中容易漏氣導(dǎo)致外延片質(zhì)量下降。