SiH4热分解外延：原理、低温优势与挑战

本章节详细探讨了SiH4热分解外延作为集成电路制造中的一个重要技术，其在集成电路制造工艺中的应用和特点。SiH4热分解法是一种低温外延技术，其优势在于反应过程中不会产生卤化物，因此没有反向腐蚀问题，对反应室无腐蚀，同时降低了外延温度，通常在650-900℃范围内进行，有助于减少自掺杂和扩散效应，使得晶圆质量更可控。 然而，SiH4在气相中自我分解可能导致过早核化，影响外延层的晶体结构，甚至可能导致多晶化。此外，SiH4容易氧化，因此在处理过程中必须严格控制氧气和水蒸气的存在，以防止硅粉的形成，从而确保外延层的高质量。相比之下，SiH4热分解法产生的缺陷密度较高，相较于传统的SiCl4氢还原法，它的外延层质量可能稍逊一筹。 气相外延作为主要的外延工艺之一，由于其高度的工艺控制能力，能够精确控制薄膜厚度、杂质浓度和晶格完整性，尤其是在硅基工艺中占据主导地位。外延工艺可以根据材料、方法、温度和电阻率等进行分类，如同质外延（外延层与衬底材料相同）、异质外延（外延层与衬底材料不同）、高温外延、低温外延等。 异质外延，如GaAs/Si和SOI（SOS）等材料的制备，特别强调衬底与外延层之间的相容性，包括化学稳定性、热力学匹配以及晶格参数相近，以防止生长过程中的热应力、界面位错和潜在的破裂。外延工艺中，如果外延层与衬底材料的晶格参数不匹配，可能会导致应力释放、界面缺陷，甚至在某些情况下形成赝晶。 SiH4热分解外延作为一种关键的外延技术，需要精细的工艺控制和严格的环境条件以确保外延层的质量，特别是在异质外延材料中，对相容性和晶格匹配的考虑至关重要。对于集成电路制造来说，这是一项决定产品质量和性能的重要环节。