當一定流速的流體(載氣)經過圃體(襯底)表面時,由于氣流與襯底的摩擦力導致在固體表面出現一個流體速度受到干擾而變化的薄層,稱為邊界層或滯流層。H9LA1GG25HAMBR-46M邊界層的厚度與流體流速、黏滯系數、流體密度等參數有關。在邊界層內,流體的流速很慢,因此反應物(副產物)的傳輸主要以擴散為主。邊界層將薄膜生長與反應物層流分開,反應物向襯底的傳輸減弱,從而影響薄膜的生長。但同時邊界層的存在又為薄膜生長創造了相對穩定的環境,有利于制備高質量的外延薄膜。

   氣相外延是目前硅外延生長的主要方法,一般以sH4、SH2C12、sⅢC13或siC14為反應氣體,在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底(硅或藍寶石)上。按照反應類型,硅的氣相外延可分為氫氣還原法和直接熱分解法。氫氣還原法利用氫氣在高

溫(~1200℃)下將氣相含硅前驅物還原產生硅原子在襯底表面進行外延生長,例如:

   SiC1(g)+2H2(g) ←si(s)+4HC1(g)

   上述反應為可逆反應,硅的外延生長速率取決于兩種原料氣(sC1和H2)的含量。當硅外延薄膜的沉積速率超過2uWmin時,副產物HCl濃度增加將刻蝕新生成的硅原子(逆反應發生)和硅襯底材料。以siH4為原料氣的直接熱分解反應能夠在較低溫度(~650℃)

實現硅的外延生長,且在反應過程中并不會產生腐蝕性的HCl,反應式如下:

   siH4(g)-9Si(s)+2H2(g)

   雖然以siH4為硅源制備硅外延片具有反應溫度低,無腐蝕性氣體的特點,但反應過程中容易漏氣導致外延片質量下降。