化学气相沉积化学反应平衡的计算 热力学计算不仅可预测CVD过程进行的方向 还可提供化学平衡的详细信息 ■为此,需要给定温度、压力、初始化学组成,求 解反应在化学平衡时各组分的分压或浓度 但在这种计算中,需要加以考虑的物质种类往往很
化学气相沉积化学反应平衡的计算 ◼ 热力学计算不仅可预测CVD过程进行的方向， 还可提供化学平衡的详细信息 ◼ 为此，需要给定温度、压力、初始化学组成，求 解反应在化学平衡时各组分的分压或浓度 但在这种计算中，需要加以考虑的物质种类往往很 多
化学气相沉积化学反应平衡的计算 例如,利用H2还原SiCl4外延制备单晶硅薄膜时: SiCl4(g+2H2(8=Si(s)+4HCI(g (1200C) 这样一个简单的反应平衡问题,至少要考虑八个气体组分 SCl4、SiCl3H、SiCl2H2、SiCH3、SiH4、SiCl2、HCl和H2, 它们之间由以下六个化学反应联系在一起: SiCL+2HSSi+4HCI SiCH+H,Si+3HO SiClH2eSi+2HCI SiCIH26Si+HCI+H2 SiCl+H2<→Si+2HC SiSSI+2H2
化学气相沉积化学反应平衡的计算 例如，利用H2还原SiCl4外延制备单晶硅薄膜时: SiCl4 (g)+2H2 (g)Si(s)+4HCl(g) (1200C) 这样一个简单的反应平衡问题，至少要考虑八个气体组分： SiCl4、SiCl3H、SiCl2H2、SiClH3、SiH4、SiCl2、HCl和H2， 它们之间由以下六个化学反应联系在一起： SiCl4+2H2Si+4HCl SiCl3H+H2Si+3HCl SiCl2H2Si+2HCl SiClH3Si+HCl+H2 SiCl2+H2Si+2HCl SiH4Si+2H2
化学气相沉积化学反应平衡的计算 ■将各反应的平衡常数记为K1、K2至K6,而固态 Si的活度可认为等于1 在上述六个方程的基础上,加上另外两个方程 p(SiCl4+p(SiCl3H+p(SiCl2H2)+p(SiCIH3)+P(SiH4) +p(SiCl2)+p(HCi+p(H2 0.IMPa Cl 4 p(SiC4)+3p(sicl3 H)+2p(SiCl2 H2)+p(SicIH3)+2p(SiCl2)+P(HCI) H p(SiCI3 H)+2p(SiCl2 H2)+3p(SicIH3)+4p(SiH4)+p(HCi+2p(H2) 常数 即气体的总压力等于0.MPa和系统初始时的CH 原子比,即可求解八种气体组分的分压力
◼ 将各反应的平衡常数记为K1、K2至K6，而固态 Si的活度可认为等于1 ◼ 在上述六个方程的基础上，加上另外两个方程 =常数 化学气相沉积化学反应平衡的计算 即气体的总压力等于0.1MPa和系统初始时的Cl/H 原子比，即可求解八种气体组分的分压力。 p(SiCl4 )+p(SiCl3H)+p(SiCl2H2 )+p(SiClH3 )+p(SiH4 ) +p(SiCl2 )+p(HCl)+p(H2 ) =0.1MPa Cl H (SiCl )+ (SiCl H)+ (SiCl H )+ (SiClH )+ (SiCl )+ (HCl) (SiCl H)+ (SiCl H )+ (SiClH )+ (SiH )+ (HCl)+ (H ) = 4 3 2 2 2 3 4 2 4 3 2 2 3 2 3 2 2 3 4 2 p p p p p p p p p p p p
各种Si-C1-H化 合物的标准生 成自由能随温 度的变化 w b01000.120000|Bo
各种Si-Cl-H化 合物的标准生 成自由能随温 度的变化
不同温度 ”Q O1MPa C/H=001时 SC1H系统的 平衡气相组成 POT 图中并没有包 括分压最高的 H2的曲线和D 固相存在的Si 从各曲线的走势可知,气相中S的含量在1300K以上时开始 下降。表明,高于1300K的沉积温度有利于Si的快速沉积
不同温度 0.1MPa， Cl/H=0.01时 Si-Cl-H系统的 平衡气相组成 图中并没有包 括分压最高的 H2的曲线和以 固相存在的Si 从各曲线的走势可知，气相中Si的含量在1300K以上时开始 下降。表明，高于1300K的沉积温度有利于Si的快速沉积