CVD中的硅烷详解

硅烷（SiH4），是CVD里很常见的一种气体，在CVD中通常用来提供硅的来源，用途很广泛，我们来详细了解一下。

硅烷的物化性质

物理性质

在标准条件下，硅烷是一种无色、具有强烈刺激性，有毒的气体。硅烷在水中的溶解性较低，但可以与水发生反应。它的密度略低于空气，沸点约为 -112°C。

化学性质

1. 硅烷是一种非常活跃的化学物质，容易与氧气反应，尤其是在高温下。它在空气中可以自燃，生成硅和水。

2. 硅烷与水接触时会迅速反应，生成氧化硅和氢气。

3. 硅烷在高温下不稳定，容易分解。

为什么硅烷的化学性质如此活泼

这个需要从其化学结构与分子间作用力入手进行分析。

硅烷（SiH4）中，1个硅原子与4个氢原子通过硅-氢（Si-H）相连。由于硅原子相对较大的原子半径和较低的电负性，导致硅烷中的硅-氢（Si-H）键较弱。Si-H键的键能大约在 318-384 kJ/mol 范围内，C-H键的键能通常在 413 kJ/mol 左右，Si-H键能低，意味着化学键更容易断裂，化学性质越活泼。

SiH4在CVD中的应用 非晶硅的沉积

SiH4(g)→Si(s)+2H2(g) SiH4在高温下分解，形成固态的硅（Si）和气态的氢气（H2）。

氧化硅与氮化硅的沉积

SiH4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2H2(g) 2SiH4(g)+2NH3(g)→2SiNx(s)+5H2(g) 这个反应是PECVD中沉积氧化硅，氮化硅的常见反应。

掺杂的介质薄膜沉积

SiH4也可与掺杂剂源气体一起使用，如磷烷（PH3）或硼烷（B2H6），可生产BPSG,PSG等。例如： SiH4+PH3+O2

APCVD/PECVD

300℃-500℃

PSG SiH4+PH3+O2 +B2H6

APCVD/PECVD

300℃-500℃

BPSG

SiC的沉积

硅烷的危险性

易燃易爆：硅烷在接触空气时容易自燃，与空气或其他氧化剂混合时，容易发生爆炸。与水反应时产生氢气，也增加了爆炸风险。 不燃浓度：当硅烷浓度小于1%时，一般不会发生燃烧。 自燃浓度：硅烷浓度大于3%时，有自燃的危险。 可能燃烧的浓度范围：在1%到3%之间，硅烷可能会燃烧，具体取决于环境条件。

对身体的危害

1. 长期大量接触会刺激呼吸道、头痛、恶心、咳嗽、呼吸困难，导致窒息 2.接触眼睛会造成严重的眼损伤 3. 与皮肤接触时会产生明显的刺激和冻伤

硅烷的安全防范

1. 在处理硅烷时，确保气体浓度维持在安全范围内。 2. 在使用硅烷的环境中需要良好的通风，以防止气体积聚。 3. 使用适当的安全设备，如气体检测仪器、防火和防爆设备。 4. 操作人员应佩戴合适的个人防护装备

审核编辑：黄飞