半导体外延炉常用汽体依据外延性加工工艺种类(如液相外延性、分子束外延性等)及目标材料的不同略有不同,但主要分载气、反映源汽体、夹杂汽体等辅助汽体四大类。以下属于实际分类及典型性汽体实例:
一、载气(Carrier Gas)
功效:稀释液反映源汽体、调整化学反应速率、保持反映内腔工作压力平稳。
典型性汽体:
H2(H₂):广泛使用载气,兼顾氧化性,能防止基板空气氧化,同时促进气相反应(如SiHCl₃溶解)。
N2(N₂):可塑性载气,用于H2敏感加工工艺(如一些化合物半导体外延性)。
氩气瓶(Ar):极高纯稀有气体,用以分子束外延性(MBE)等都需要非常高真空值工艺。
二、反映源汽体(Source Gases)
功效:给予外延生长所需要的分子或分子结构,根据化学变化或物理学堆积产生单晶体层。
典型性汽体:
硅基外延性:
硅烷(SiH₄):超低温外延性常见,热分解温度低(约400℃),但安全系数要求严格。
三氯氢硅(SiHCl₃):持续高温外延性(800-1200℃)流行汽体,溶解形成硅原子和氯化氢气体(HCl)。
二氯硅烷(SiH₂Cl₂):处于SiH₄和SiHCl₃中间,适用中等水平环境温度加工工艺。
化合物半导体外延性:
砷化氢(AsH₃):用以生长发育GaAs(GaAs)等Ⅲ-Ⅴ族物质。
磷化氢(PH₃):用以磷化镓(GaP)或磷化铟(InP)外延性。
二氧化氮(NH₃):和金属有机化学源(如TMGa)反应生成氮化镓(GaN)。
合金有机化学源(MO源):如三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl),用以金属材料有机化学干法刻蚀(MOCVD)。
三、夹杂汽体(Dopant Gases)
功效:引进残渣分子,管控外延层的热学使用性能(如导电性种类、电阻)。
典型性汽体:
n型夹杂:
磷化氢(PH₃):用以硅或化合物半导体中引入磷(P)残渣。
砷化氢(AsH₃):用以浓度较高的n型夹杂(如GaAs外延性)。
p型夹杂:
乙硼烷(B₂H₆):用以硅中引入硼(B)残渣。
二甲基锌(DMZn):用以GaN中引入镁(Mg)等p型残渣(需活性解决)。
四、协助汽体(Auxiliary Gases)
功效:优化设计方案标准(如离子注入、清理、处理等)。
典型性汽体:
氢气(Cl₂):用以原点离子注入基板高温氧化层或缺点。
O2(O₂):与H2混和形成水蒸汽,用以二氧化硅层生长发育或清洗。
氮气(He):用以MBE制造过程中制冷分子束源或检验漏率。
五、汽体挑选的重要因素
加工工艺种类:液相外延性(CVD)需持续高温反映汽体,MBE则依靠高纯分子束。
原材料管理体系:硅基、Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体对汽体类型要求不一样。
安全系数:可燃性气体(如SiH₄、PH₃)需严格监管储存和输送设备。
纯净度规定:外延层品质对汽体纯净度比较敏感,一般需达到9N(99.9999999%)之上。