使用硅烷和二氯硅烷前驱气体在垂直热壁 CVD 反应器中进行 SiC 外延生长的对比研究

对在倒置烟囱式 CVD 反应器中生长的 SiC 外延薄膜进行了分析，对比了硅烷 - 丙烷 - 氢气和二氯硅烷 (DCS)-丙烷 - 氢气化学体系下的生长速率、掺杂浓度及表面形貌。提出了一种通用的一维解析模型，用于估算两种气体体系的前驱气体扩散系数、边界层厚度和生长速率。利用商业模拟工具 Virtual Reactor (VR) 研究了前驱气体分解为 Si 生长物种的过程。DCS 在较低压力下抑制了元素 Si 的形成，减少了前驱体损失，并导致生长速率增加。然而，在较高压力下，即使是 DCS 也会分解为元素 Si，从而导致严重的 Si 耗尽，限制了可达到的最大生长速率。通过测量注入管中的寄生沉积质量，验证了使用 DCS 可减少 Si 损失。外延薄膜的掺杂浓度由生长表面的有效 C/Si 比决定，而非入口处的 C/Si 比，这一点已在不同生长压力下得到检验。除了众所周知的 Si 耗尽外，研究还表明存在 C 耗尽，它在不同生长条件下对确定掺杂浓度起着关键作用。针对 DCS 生长在较高压力下粗糙度增加的问题进行了探讨，并将其归因于较高压力下过度的 HCl 刻蚀。