半導體外延爐常用汽體依據外延性加工工藝種類(如液相外延性、分子束外延性等)及目標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。以下屬于實際分類及典型性汽體實例:
一、載氣(Carrier Gas)
功效:稀釋液反映源汽體、調整化學反應速率、保持反映內腔工作壓力平穩。
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,同時促進氣相反應(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:給予外延生長所需要的分子或分子結構,根據化學變化或物理學堆積產生單晶體層。
典型性汽體:
硅基外延性:
硅烷(SiH?):超低溫外延性常見,熱分解溫度低(約400℃),但安全系數要求嚴格。
三氯氫硅(SiHCl?):持續高溫外延性(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,適用中等水平環境溫度加工工藝。
化合物半導體外延性:
砷化氫(AsH?):用以生長發育GaAs(GaAs)等Ⅲ-Ⅴ族物質。
磷化氫(PH?):用以磷化鎵(GaP)或磷化銦(InP)外延性。
二氧化氮(NH?):和金屬有機化學源(如TMGa)反應生成氮化鎵(GaN)。
合金有機化學源(MO源):如三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl),用以金屬材料有機化學干法刻蝕(MOCVD)。
三、夾雜汽體(Dopant Gases)
功效:引進殘渣分子,管控外延層的熱學使用性能(如導電性種類、電阻)。
典型性汽體:
n型夾雜:
磷化氫(PH?):用以硅或化合物半導體中引入磷(P)殘渣。
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)殘渣。
二甲基鋅(DMZn):用以GaN中引入鎂(Mg)等p型殘渣(需活性解決)。
四、協助汽體(Auxiliary Gases)
功效:優化設計方案標準(如離子注入、清理、處理等)。
典型性汽體:
氫氣(Cl?):用以原點離子注入基板高溫氧化層或缺點。
O2(O?):與H2混和形成水蒸汽,用以二氧化硅層生長發育或清洗。
氮氣(He):用以MBE制造過程中制冷分子束源或檢驗漏率。
五、汽體挑選的重要因素
加工工藝種類:液相外延性(CVD)需持續高溫反映汽體,MBE則依靠高純分子束。
原材料管理體系:硅基、Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體對汽體類型要求不一樣。
安全系數:可燃性氣體(如SiH?、PH?)需嚴格監管儲存和輸送設備。
純凈度規定:外延層品質對汽體純凈度比較敏感,一般需達到9N(99.9999999%)之上。