2.4. Свойства реагентов, используемых для осаждения слоев

Кремнийсодержащие соединения. Моносилан (SiH₄) — бесцветный, пирофорный, токсичный газ с неприятным запахом. Растворим в спирте, бензине, тетразамещенных силанах, сероуглероде. Водой разлагается медленно, в нейтральной и кислой средах устойчив, в щелочной среде быстро гидролизуется. Без доступа воздуха устойчив, разлагается на кремний и водород при температурах выше 300–400 С. Сильный восстановитель. С галогенами реагирует со взрывом. Температура самовоспламенения на воздухе минус 140 С. В производстве используется в виде разбавленных смесей с аргоном, азотом, водородом, а также в чистом виде. Предельно допустимая концентрация (ПДК) равна 1 мг/м³ по порошку двуокиси кремния. Реакции образования слоев

SiH₄Si+2H₂; SiH₄+N₂OSiO₂+N₂+(H₂, H₂O);

3SiH₄+4NH₃Si₃N₄+12H₂; SiH₄+O₂SiO₂+(H₂, H₂O).

Схемы третьей и четвертой реакций записаны предположительно, так как по разным данным продуктами реакций могут быть и водород, и вода.

Дихлорсилан (SiH₂Cl₂) — бесцветный токсичный газ, вызывающий коррозию металла. Растворяется в бензоле, эфире, четыреххлористом углероде. Водой гидролизуется. При гидролизе в нейтральном или кислом растворе одновременно происходит конденсация и образуются полимеры с силоксановой связью:

nSiH₂Cl₂+nH₂O(SiH₂O)_n+2nHCl.

Пределы взрываемости на воздухе 4,1–98,8 %, предельно допустимая концентрация приравнивается ПДК для хлористого водорода – 5 мг/м³. Реакции образования слоев:

3SiH₂Cl₂+10NH₃Si₃N₄+6NH₄Cl+6H₂;

SiH₂Cl₂+2N₂OSiO₂+2N₂+2HCl.

Тетрахлорид кремния (SiCl₄) — бесцветная термически стойкая жидкость с резким удушающим запахом. Пары дымят на воздухе. Не растворяется в кислотах, растворах щелочей, органических растворителях. Легко гидролизуется водой с образованием хлористого водорода:

С аммиаком при низких температурах тетрахлорид кремния образует соединения, содержащие водород [например, Si(NH₂)₂NH, Si(NH)₂ и др.], при высоких температурах – нитрид кремния:

2SiCl₄+4NH₃Si₃N₄+12HCl.

Выделяющийся хлористый водород связывается избытком аммиака с образованием хлористого аммония. Восстановители (H₂) реагируют с тетрахлоридом кремния лишь при высоких температурах:

SiCl₄+2H₂Si+4HCl.

ПДК тетрахлорида кремния соответствует ПДК для хлористого водорода.

Тетраэтоксисилан [Si(OC₂H₅)₄] — бесцветная прозрачная жидкость со слабым эфирным запахом. Растворяется в спирте, эфире. Легко гидролизуется водой. ПДК составляет 20 мг/м³. Схема образования слоев окисла:

Si(OC₂H₅)₄SiO₂+4C₂H₄+2H₂O.

Легирующие примеси. Легирующие примеси используются для получения легированного в процессе роста поликристаллического кремния, бинарных и тройных стекол. Наиболее широко в технологии применяются соединения фосфора: фосфин, реже хлориды фосфора. Соединения бора (диборан) используются мало. Остальные легирующие примеси в производстве ИС применяются очень редко.

Фосфин (PH₃) — бесцветный самовоспламеняющийся ядовитый газ с неприятным запахом. Растворяется в воде, сероуглероде, бензине, эфире, циклогексаноле. Разлагается при температурах выше 375 С. Часто содержит примесь дифосфина, вследствие чего самовозгорается при минус 40 С. Смеси с воздухом взрывоопасны. Область самовоспламенения на воздухе 0,5–100 %. Сильный восстановитель. ПДК 0,1 мг/м³. Порог ощущения 2–4 мг/м³.

Треххлористый фосфор (PCl₃) — бесцветная дымящая на воздухе жидкость с резким запахом, напоминающим запах хлористого водорода. Растворим в эфире, бензоле, хлороформе, четыреххлористом углероде, сероуглероде. Легко гидролизуется водой с образованием фосфорной кислоты. Треххлористый фосфор легко присоединяет другие вещества и ведет себя как ненасыщенное соединение. При окислении кислородом образует POCl₃. ПДК 1 мг/м³.

Оксихлорид фосфора (POCl₃) — бесцветная дымящая на воздухе жидкость с острым запахом. Хорошо растворим в бензоле, сероуглероде, четыреххлористом углероде. Легко гидролизуется водой с образованием фосфорной кислоты. Оксихлорид фосфора значительно более ядовит, чем PCl₃. ПДК 0,05 мг/м³.

Диборан (B₂H₆) — бесцветный ядовитый газ. Водой гидролизуется при комнатной температуре. При температуре выше 300 С разлагается на водород и высшие бороводороды. Легко окисляется, на воздухе самовоспламеняется при температурах ниже 100 С. ПДК 0,1 мг/м³.

Другие реагенты. Аммиак (NH₃) — бесцветный газ с резким удушливым запахом. Растворим в воде, эфирах, спиртах. Вступает в реакции присоединения, замещения и окисления. При обычных температурах устойчив, разлагается выше 840 С. Температура самовоспламенения 650 С. Пределы взрывоопасных концентраций в смесях с кислородом 13,5–79 %, с воздухом 15–28 %, с закисью азота 2,2–72 %. ПДК 20 мг/м³, порог ощущения 0,55 мг/м³.

Закись азота (N₂O) — бесцветный газ со слабым приятным запахом. Растворим в воде, эфирах, спиртах, концентрированной серной кислоте. При высоких температурах сильный окислитель. Кислородом не окисляется. Разлагается при температурах выше 500 С. Образует взрывоопасные смеси с аммиаком, водородом, окисью углерода, органическими веществами. В смеси с кислородом используется как анестизирующее средство.