当一定流速的流体(载气)经过圃体(衬底)表面时,由于气流与衬底的摩擦力导致在固体表面出现一个流体速度受到干扰而变化的薄层,称为边界层或滞流层。H9LA1GG25HAMBR-46M边界层的厚度与流体流速、黏滞系数、流体密度等参数有关。在边界层内,流体的流速很慢,因此反应物(副产物)的传输主要以扩散为主。边界层将薄膜生长与反应物层流分开,反应物向衬底的传输减弱,从而影响薄膜的生长。但同时边界层的存在又为薄膜生长创造了相对稳定的环境,有利于制备高质量的外延薄膜。

   气相外延是目前硅外延生长的主要方法,一般以sH4、SH2C12、sⅢC13或siC14为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底(硅或蓝宝石)上。按照反应类型,硅的气相外延可分为氢气还原法和直接热分解法。氢气还原法利用氢气在高

温(~1200℃)下将气相含硅前驱物还原产生硅原子在衬底表面进行外延生长,例如:

   SiC1(g)+2H2(g) ←si(s)+4HC1(g)

   上述反应为可逆反应,硅的外延生长速率取决于两种原料气(sC1和H2)的含量。当硅外延薄膜的沉积速率超过2uWmin时,副产物HCl浓度增加将刻蚀新生成的硅原子(逆反应发生)和硅衬底材料。以siH4为原料气的直接热分解反应能够在较低温度(~650℃)

实现硅的外延生长,且在反应过程中并不会产生腐蚀性的HCl,反应式如下:

   siH4(g)-9Si(s)+2H2(g)

   虽然以siH4为硅源制备硅外延片具有反应温度低,无腐蚀性气体的特点,但反应过程中容易漏气导致外延片质量下降。