外延生長(zhǎng)本質(zhì)上是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程。用于硅外延生長(zhǎng)的主要?dú)怏w源是氫和氯硅烷，例如四氯化硅（SiCl4）、三氯氫硅（SiHCl3）和二氯硅烷（SiH2Cl2）。此外，硅烷經(jīng)常被用作氣體源以降低生長(zhǎng)溫度。氣源的選擇主要取決于外延層的生長(zhǎng)條件和規(guī)格，其中生長(zhǎng)溫度是選擇氣源的最重要因素。硅外延層的生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)溫度之間的關(guān)系。

顯示了兩個(gè)不同的增長(zhǎng)區(qū)域。在低溫區(qū)域（區(qū)域A）中，硅外延層的生長(zhǎng)速率與溫度成指數(shù)關(guān)系，這意味著它們由表面反應(yīng)控制；在高溫范圍（區(qū)域B），生長(zhǎng)速率與溫度幾乎沒有直接關(guān)系，表明它們受質(zhì)量傳輸或擴(kuò)散控制。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在低溫下生長(zhǎng)的硅膜是多晶層。硅外延層的形成溫度高于每條曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的溫度隨反應(yīng)物的摩爾比、氣體速度和反應(yīng)器類型而變化。從該圖可以推斷，當(dāng)SiH4用作氣源時(shí)，硅外延層的形成溫度約為900℃，而當(dāng)SiCl4用作氣源時(shí)硅外延層形成溫度約1100℃。

應(yīng)該注意，還原和腐蝕過程是競(jìng)爭(zhēng)性的，這主要取決于反應(yīng)物的摩爾比和生長(zhǎng)溫度。在大氣壓下，SiCl4和H2作為反應(yīng)物，總壓力為1.01×l05Pa（1大氣壓），這是腐蝕和沉積邊界與生長(zhǎng)溫度和SiCl4分壓之間的關(guān)系。此外，該研究還顯示了當(dāng)SiCl4和H2用作硅外延反應(yīng)物時(shí)，生長(zhǎng)速率與溫度之間的關(guān)系，如圖所示。2.2-31.該圖顯示，腐蝕過程發(fā)生在低溫和高溫下。因此，在這種情況下，外延溫度通常為1100~1300℃。為了獲得更厚的外延層，通常選擇SiHCl3作為氣體源，主要是因?yàn)槠涑练e速度比SiCl4更快。

使用SiCl4作為外延氣體源時(shí)的化學(xué)反應(yīng)是不同的。使用SiH4氣源時(shí)的熱分解反應(yīng)是不可逆的?？梢允褂迷摮绦?。與任何其他氯硅烷相比，硅烷的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在相對(duì)較低的溫度下獲得硅外延。然而，由于硅烷的均相反應(yīng)，很難避免硅的氣相成核。因此，硅顆粒在生長(zhǎng)過程中形成，導(dǎo)致粗糙的表面形態(tài)，甚至多晶生長(zhǎng)。這個(gè)問題可以通過控制生長(zhǎng)溫度或在低壓下生長(zhǎng)來解決。硅烷是一種容易氧化和爆炸的氣體，因此不常用于傳統(tǒng)的硅外延。此外，在使用硅烷作為氣體源的生長(zhǎng)過程中不存在HCl，因此不存在導(dǎo)致外延層中金屬雜質(zhì)濃度更高的腐蝕過程。因此，當(dāng)使用硅烷作為外延氣體源時(shí)，需要非常仔細(xì)的預(yù)清潔。