半導(dǎo)體外延爐常用汽體依據(jù)外延性加工工藝種類(lèi)(如液相外延性、分子束外延性等)及目標(biāo)材料的不同略有不同,但主要分載氣、反映源汽體、夾雜汽體等輔助汽體四大類(lèi)。以下屬于實(shí)際分類(lèi)及典型性汽體實(shí)例:
一、載氣(Carrier Gas)
功效:稀釋液反映源汽體、調(diào)整化學(xué)反應(yīng)速率、保持反映內(nèi)腔工作壓力平穩(wěn)。
典型性汽體:
H2(H?):廣泛使用載氣,兼顧氧化性,能防止基板空氣氧化,同時(shí)促進(jìn)氣相反應(yīng)(如SiHCl?溶解)。
N2(N?):可塑性載氣,用于H2敏感加工工藝(如一些化合物半導(dǎo)體外延性)。
氬氣瓶(Ar):極高純稀有氣體,用以分子束外延性(MBE)等都需要非常高真空值工藝。
二、反映源汽體(Source Gases)
功效:給予外延生長(zhǎng)所需要的分子或分子結(jié)構(gòu),根據(jù)化學(xué)變化或物理學(xué)堆積產(chǎn)生單晶體層。
典型性汽體:
硅基外延性:
硅烷(SiH?):超低溫外延性常見(jiàn),熱分解溫度低(約400℃),但安全系數(shù)要求嚴(yán)格。
三氯氫硅(SiHCl?):持續(xù)高溫外延性(800-1200℃)流行汽體,溶解形成硅原子和氯化氫氣體(HCl)。
二氯硅烷(SiH?Cl?):處于SiH?和SiHCl?中間,適用中等水平環(huán)境溫度加工工藝。
化合物半導(dǎo)體外延性:
砷化氫(AsH?):用以生長(zhǎng)發(fā)育GaAs(GaAs)等Ⅲ-Ⅴ族物質(zhì)。
磷化氫(PH?):用以磷化鎵(GaP)或磷化銦(InP)外延性。
二氧化氮(NH?):和金屬有機(jī)化學(xué)源(如TMGa)反應(yīng)生成氮化鎵(GaN)。
合金有機(jī)化學(xué)源(MO源):如三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl),用以金屬材料有機(jī)化學(xué)干法刻蝕(MOCVD)。
三、夾雜汽體(Dopant Gases)
功效:引進(jìn)殘?jiān)肿樱芸赝庋訉拥臒釋W(xué)使用性能(如導(dǎo)電性種類(lèi)、電阻)。
典型性汽體:
n型夾雜:
磷化氫(PH?):用以硅或化合物半導(dǎo)體中引入磷(P)殘?jiān)?/p>
砷化氫(AsH?):用以濃度較高的n型夾雜(如GaAs外延性)。
p型夾雜:
乙硼烷(B?H?):用以硅中引入硼(B)殘?jiān)?/p>
二甲基鋅(DMZn):用以GaN中引入鎂(Mg)等p型殘?jiān)ㄐ杌钚越鉀Q)。
四、協(xié)助汽體(Auxiliary Gases)
功效:優(yōu)化設(shè)計(jì)方案標(biāo)準(zhǔn)(如離子注入、清理、處理等)。
典型性汽體:
氫氣(Cl?):用以原點(diǎn)離子注入基板高溫氧化層或缺點(diǎn)。
O2(O?):與H2混和形成水蒸汽,用以二氧化硅層生長(zhǎng)發(fā)育或清洗。
氮?dú)猓℉e):用以MBE制造過(guò)程中制冷分子束源或檢驗(yàn)漏率。
五、汽體挑選的重要因素
加工工藝種類(lèi):液相外延性(CVD)需持續(xù)高溫反映汽體,MBE則依靠高純分子束。
原材料管理體系:硅基、Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體對(duì)汽體類(lèi)型要求不一樣。
安全系數(shù):可燃性氣體(如SiH?、PH?)需嚴(yán)格監(jiān)管儲(chǔ)存和輸送設(shè)備。
純凈度規(guī)定:外延層品質(zhì)對(duì)汽體純凈度比較敏感,一般需達(dá)到9N(99.9999999%)之上。