外延生长通常也简称外延，是半导体材料和器件制造的重要工艺之一。所谓外延生长就是在一定条件下在单晶基片上生长一层单品薄膜的过程，所生长的单晶薄膜称为外延层外延技术是20世纪60年代初在硅单晶薄膜研究的基础上出现的,经过近半个世纪的发展现在人们已经可以实现各种半导体薄膜一定条件下的外延生长。外延技术解决了半导体分立元件和集成电路中的许多问题，大大提高了器件的性能。外延薄膜能较精确地控制其厚度和掺杂性能,这一特性促使半导体集成电路得到了迅速发展,进入了比较完善的阶段。硅单晶经切片、磨片、抛光等加工工艺,得到抛光片,就可以在其上制作分立元件和集成电路。但在许多场合这种抛光片仅作为机械支撑的基片,在它上面要首先生长一层具有适当导电类型和电阻率的单晶薄膜,然后才把分立元件或集成电路制作在单晶薄膜内。比如,这种方法被用于硅高频大功率晶体管的生产,解决了击穿电压与串联电阻之间的矛盾。晶体管的集电极要求具有高的击穿电压,而击穿电压决定于硅片p-n结的电阻率。为了满足这一要求,需用高阻材料。人们在重掺的n 型低阻材料上外延几到十几微米厚的轻掺杂高阻n型层,晶体管制作在外延层上,这样就解决了高击穿电压所要求的高电阻率与低集电极串联电阻所要求的低衬底电阻率之间的矛盾。

    气相外延生长是最早应用于半导体领域的一种比较成熟的外延生长技术,它在半导体科学的发展中起了重要的作用,大大促进了半导体材料和器件的质量及其性能的提高。目前,制备半导体单晶外延薄膜的最主要方法是化学气相沉积。所谓化学气相沉积,就是利用气态物质在固体表面上进行化学反应,生成固态沉积物的过程。CVD 技术可以生长高质量的单晶薄膜,能够获得所需的掺杂类型和外延厚度,易于实现大批量生产,因而在工业上得到了广泛的应用。在工业上,利用 CVD 制备的外延片常有一个或多个埋层,可以用扩散或离子注入的方式控制器件结构和掺杂分布;CVD外延层的物理特性与体材料不同,外延层的氧和碳含量一般很低,这是它的优点。但是,CVD外延层容易形成自掺杂,在实际应用中需要采取一定的措施来降低外延层的自掺杂。CVD技术在某些方面仍然处于经验工艺状态,需要做更深入的研究,使其不断得到发展。

    CVD的生长机理十分复杂,在化学反应中通常包括多种成分和物质,可以产生一些中间产物,而且有许多独立的变量,如温度、压强、气体流速等,外延工艺有许多前后相继、彼此展和完善。连贯的步骤。要分析CVD外延生长的过程和机理,首先要明确反应物质在气相中的溶解度,各种气体的平衡分压,明确动力学和热力学过程;再者要了解反应气体由气相到衬底表面的质量输运,气流与衬底表面边界层的形成,生长成核,以及表面反应、扩散和迁移,从而最终生成所需的薄膜。在CVD的生长过程中,反应器的发展与进步起到了至关重要的作用,它很大程度上决定了外延层质量的高低。外延层的表面形态、晶格缺陷、杂质的分布和控制、外延层的厚度和均匀性直接影响了器件的性能及成品率。

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