Химическая кинетика
Для выращивания эпитаксиального кремния используются четыре кремнийсодержащих реагента. Это тетрахлорид кремния (SiCl4), трихлорсилан (SiHCl3), дихлорсилан (SiH2Cl2) и силан (SiH4). Тетрахлорид кремния изучен лучше других и наиболее широко используется в производстве.
На примере тетрахлорида кремния рассмотрим химические процессы, протекающие в реакторе. Суммарная реакция может быть классифицирована как водородное восстановление Si из SiH4:
SiCl4газ+ 2H2газSiтв+ 4HClгаз.
Рассмотрим ряд промежуточных реакций. Сначала определим константы равновесия каждой возможной реакции в системе Si-Cl-H, а также парциального давления каждого газа в интересующем нас диапазоне. При расчете констант равновесия получено 14 различных соединений, существующих в равновесии с твердым кремнием. На практике многими из них можно пренебречь, так как их парциальное давление < 0,1Па.
Эпитаксиальный процесс не всегда описывается равновесной реакцией. Поэтому, расчет равновесной термодинамики указывает лишь на наиболее вероятные реакции. Для определения соединений, реально присутствующих в реакторе, проводили измерения с использованием ИК-спектроскопии, масс-спектроскопии и рамановской спектроскопии.
В среде SiCl4 + 2H2 при температуре 1200 градусов Цельсия было обнаружено четыре соединения.
Реакции, протекающие в реакторе:
SiCl4 + H2 SiHCl3 + HCl
SiCl3 + H2 SiH2Cl2 + HCl
SiH2Cl2 SiCl2 + H2
SiHCl3 SiCl2 + HCl
SiCl2 + H2 Si + 2HCl
Все указанные реакции обратимые, и, следовательно, при соответствующих условиях скорость роста может стать отрицательной, т.е. начнется процесс травления.
Наиболее важный вопрос - вопрос о зависимости скорости роста от температуры. При высоких и низких температурах скорость роста имеет отрицательные значения.
Это показано на следующем рисунке:
Зависимость скорости роста от температуры при нанесении кремния
химическим осаждением из парогазовой фазы.
Дата добавления: 2020-11-18; просмотров: 335;