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CVD中的硅烷詳解

中科院半導(dǎo)體所 ? 來源:Tom聊芯片智造 ? 2023-11-24 14:22 ? 次閱讀

硅烷(SiH4),是CVD里很常見的一種氣體,在CVD中通常用來提供硅的來源,用途很廣泛,我們來詳細(xì)了解一下。

硅烷的物化性質(zhì)

物理性質(zhì)

在標(biāo)準(zhǔn)條件下,硅烷是一種無色、具有強烈刺激性,有毒的氣體。硅烷在水中的溶解性較低,但可以與水發(fā)生反應(yīng)。它的密度略低于空氣,沸點約為 -112°C。

化學(xué)性質(zhì)

1. 硅烷是一種非常活躍的化學(xué)物質(zhì),容易與氧氣反應(yīng),尤其是在高溫下。它在空氣中可以自燃,生成硅和水。

2. 硅烷與水接觸時會迅速反應(yīng),生成氧化硅和氫氣。

3. 硅烷在高溫下不穩(wěn)定,容易分解。

為什么硅烷的化學(xué)性質(zhì)如此活潑

這個需要從其化學(xué)結(jié)構(gòu)與分子間作用力入手進行分析。

硅烷(SiH4)中,1個硅原子與4個氫原子通過硅-氫(Si-H)相連。由于硅原子相對較大的原子半徑和較低的電負(fù)性,導(dǎo)致硅烷中的硅-氫(Si-H)鍵較弱。Si-H鍵的鍵能大約在 318-384 kJ/mol 范圍內(nèi),C-H鍵的鍵能通常在 413 kJ/mol 左右,Si-H鍵能低,意味著化學(xué)鍵更容易斷裂,化學(xué)性質(zhì)越活潑。

SiH4在CVD中的應(yīng)用 非晶硅的沉積

SiH4(g)→Si(s)+2H2(g) SiH4在高溫下分解,形成固態(tài)的硅(Si)和氣態(tài)的氫氣(H2)。

cf239a78-8a7a-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

氧化硅與氮化硅的沉積

SiH4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2H2(g) 2SiH4(g)+2NH3(g)→2SiNx(s)+5H2(g) 這個反應(yīng)是PECVD中沉積氧化硅,氮化硅的常見反應(yīng)。

摻雜的介質(zhì)薄膜沉積

SiH4也可與摻雜劑源氣體一起使用,如磷烷(PH3)或硼烷(B2H6),可生產(chǎn)BPSG,PSG等。例如: SiH4+PH3+O2

APCVD/PECVD

300℃-500℃

PSG SiH4+PH3+O2 +B2H6

APCVD/PECVD

300℃-500℃

BPSG

SiC的沉積

cf376cc4-8a7a-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

硅烷的危險性

易燃易爆:硅烷在接觸空氣時容易自燃,與空氣或其他氧化劑混合時,容易發(fā)生爆炸。與水反應(yīng)時產(chǎn)生氫氣,也增加了爆炸風(fēng)險。 不燃濃度:當(dāng)硅烷濃度小于1%時,一般不會發(fā)生燃燒。 自燃濃度:硅烷濃度大于3%時,有自燃的危險。 可能燃燒的濃度范圍:在1%到3%之間,硅烷可能會燃燒,具體取決于環(huán)境條件。

對身體的危害

1. 長期大量接觸會刺激呼吸道、頭痛、惡心、咳嗽、呼吸困難,導(dǎo)致窒息 2.接觸眼睛會造成嚴(yán)重的眼損傷 3. 與皮膚接觸時會產(chǎn)生明顯的刺激和凍傷

硅烷的安全防范

1. 在處理硅烷時,確保氣體濃度維持在安全范圍內(nèi)。 2. 在使用硅烷的環(huán)境中需要良好的通風(fēng),以防止氣體積聚。 3. 使用適當(dāng)?shù)陌踩O(shè)備,如氣體檢測儀器、防火和防爆設(shè)備。 4. 操作人員應(yīng)佩戴合適的個人防護裝備

審核編輯:黃飛

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原文標(biāo)題:CVD中的硅烷詳解

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