Характеристики эпитаксиального роста кремния в атмосфере водорода для различных источников кремния.

Источник кремния	Диапазон скорости роста, мкм/мин	Диапазон температур,0C	Требуемый уровень концентрации окислителя, 10-4 %
SiH 4	0.4 - 1.5	1150 - 1250	5 - 10
SiHCl 3	0.4 - 2.0	1100 - 1200	5 - 10
SiH 2Cl 2	0.4 - 3.0	1050 - 1150	<5
SiCl 4	0.2 - 0.3	950 - 1050	<2

Силан (SiH₄) - обычно выбирают, когда нужно уменьшить автолегирование бором и его диффузию из подложки. При высоких температурах силан склонен к газофазному разложению, что ведет к ухудшению качества слоев и быстрому загрязнению стенок камеры. Дихлорсилан (SiH₂Cl₂) - позволяет получить высокие скорости роста при относительно низкой температуре. Трихлорсилан (SiHCl₃) - применяется для получения поликристаллического кремния. Поскольку он не дает каких-либо существенных преимуществ перед тетрахлоридом кремния, то редко используется для эпитаксии из ПГС. Тетрахлорид кремния (SiCl₄) - наименее химически активное и наиболее широко используемое соединение. Благодаря высокой температуре роста процесс не чувствителен к  высокому содержанию окислителей в газе носителе вследствии чего уменьшается количество вызываемых ими дефектов.

В добавление к химической отмывке подложек непосредственно перед нанесением эпитаксиального слоя в реакторе обычно проводят газофазное травление для снятия естественного окисла и приповерхностного нарушенного слоя. Газофазное травление проводится безводным HCl при температуре 1200 градусов Цельсия, при этом идут реакции:

2HCl + Si SiCl₂ + 2H₂, 4HCl + Si SiCl₄ + 2H₂.

HCl вводится в основной поток водорода с концентрацией 2-3 процента. Скорость травления - несколько десятых микрона в минуту, а толщина стравливаемого кремния для подложек без скрытого слоя достигает 5 мкм. Когда требуется сохранить низкое значение поверхностного сопротивления скрытых слоев, толщина стравливаемого кремния составляет 0,1 - 0,3 мкм. В результате травления поверхность подложки становится достаточно чистой, свободной от естественного окисла. Для травления подложек были предложены и другие газы: HBr или SF₆.Однако этот процесс не может заменить предэпитаксиальной химической отмывки. Вместо травления в газовой фазе допускается проведение высокотемпературного отжига подложек в атмосфере водорода (в течение 10 мин при 1200 ^°C).

2.6.2. Легирование и автолегирование при эпитаксии

Для легирования обычно используют гидриды примесных элементов. В среде водорода указанные гидриды относительно устойчивы, что согласуется с термодинамическими расчетами. Химические свойства легирующих соединений удобно рассмотреть на примере арсина как наиболее типичного представителя газообразных легирующих соединений.

На поверхности кремния при осаждении происходят следующие процессы: адсорбция арсина на поверхности; диссоциация  молекулы; встраивание  мышьяка в растущий слой.

2AsH_{3 тв} 2As _газ + 3H_{2 газ} 2As _тв 2As⁺_тв + 2e^-

Скорость  роста влияет на количество встраиваемой в эпитаксиальный слой примеси. При низких скоростях роста между твердой и газообразной фазами устанавливается равновесие, недостижимое при высоких скоростях роста.

В процессах роста в ректоре возможно также явление автолегирования, при котором кроме намеренно вводимой примеси в слой входят и неконтролируемые примеси из подложки. Механизм автолегирования следующий: примеси внедряются в растущий эпитаксиальный слой за счет твердотельной диффузии через границу слой-подложка, а также за счет испарения и переноса через газовую фазу. Автолегирование проявляется как увеличение ширины переходной области между слоем и подложкой.

Форма профиля легирования вблизи границы раздела определяется в основном твердотельной диффузией из подложки и описывается дополнительной функцией ошибок, если v>2(D/t)^1/2, где v - скорость роста, D - коэффициент диффузии примеси в кремнии, t - время нанесения. Размер хвоста на профиле легирования зависит от вида легирующей примеси и параметров процесса: температуры и скорости роста. Автолегирование ограничивает минимальную толщину слоев,  которая может быть получена управляемым легированием при его минимальном уровне.