外延生長通常也簡稱外延，是半導體材料和器件制造的重要工藝之一。所謂外延生長就是在一定條件下在單晶基片上生長一層單品薄膜的過程，所生長的單晶薄膜稱為外延層外延技術(shù)是20世紀60年代初在硅單晶薄膜研究的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的,經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展現(xiàn)在人們已經(jīng)可以實現(xiàn)各種半導體薄膜一定條件下的外延生長。外延技術(shù)解決了半導體分立元件和集成電路中的許多問題，大大提高了器件的性能。外延薄膜能較精確地控制其厚度和摻雜性能,這一特性促使半導體集成電路得到了迅速發(fā)展,進入了比較完善的階段。硅單晶經(jīng)切片、磨片、拋光等加工工藝,得到拋光片,就可以在其上制作分立元件和集成電路。但在許多場合這種拋光片僅作為機械支撐的基片,在它上面要首先生長一層具有適當導電類型和電阻率的單晶薄膜,然后才把分立元件或集成電路制作在單晶薄膜內(nèi)。比如,這種方法被用于硅高頻大功率晶體管的生產(chǎn),解決了擊穿電壓與串聯(lián)電阻之間的矛盾。晶體管的集電極要求具有高的擊穿電壓,而擊穿電壓決定于硅片p-n結(jié)的電阻率。為了滿足這一要求,需用高阻材料。人們在重摻的n 型低阻材料上外延幾到十幾微米厚的輕摻雜高阻n型層,晶體管制作在外延層上,這樣就解決了高擊穿電壓所要求的高電阻率與低集電極串聯(lián)電阻所要求的低襯底電阻率之間的矛盾。

    氣相外延生長是最早應(yīng)用于半導體領(lǐng)域的一種比較成熟的外延生長技術(shù),它在半導體科學的發(fā)展中起了重要的作用,大大促進了半導體材料和器件的質(zhì)量及其性能的提高。目前,制備半導體單晶外延薄膜的最主要方法是化學氣相沉積。所謂化學氣相沉積,就是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面上進行化學反應(yīng),生成固態(tài)沉積物的過程。CVD 技術(shù)可以生長高質(zhì)量的單晶薄膜,能夠獲得所需的摻雜類型和外延厚度,易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn),因而在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)上,利用 CVD 制備的外延片常有一個或多個埋層,可以用擴散或離子注入的方式控制器件結(jié)構(gòu)和摻雜分布;CVD外延層的物理特性與體材料不同,外延層的氧和碳含量一般很低,這是它的優(yōu)點。但是,CVD外延層容易形成自摻雜,在實際應(yīng)用中需要采取一定的措施來降低外延層的自摻雜。CVD技術(shù)在某些方面仍然處于經(jīng)驗工藝狀態(tài),需要做更深入的研究,使其不斷得到發(fā)展。

    CVD的生長機理十分復雜,在化學反應(yīng)中通常包括多種成分和物質(zhì),可以產(chǎn)生一些中間產(chǎn)物,而且有許多獨立的變量,如溫度、壓強、氣體流速等,外延工藝有許多前后相繼、彼此展和完善。連貫的步驟。要分析CVD外延生長的過程和機理,首先要明確反應(yīng)物質(zhì)在氣相中的溶解度,各種氣體的平衡分壓,明確動力學和熱力學過程;再者要了解反應(yīng)氣體由氣相到襯底表面的質(zhì)量輸運,氣流與襯底表面邊界層的形成,生長成核,以及表面反應(yīng)、擴散和遷移,從而最終生成所需的薄膜。在CVD的生長過程中,反應(yīng)器的發(fā)展與進步起到了至關(guān)重要的作用,它很大程度上決定了外延層質(zhì)量的高低。外延層的表面形態(tài)、晶格缺陷、雜質(zhì)的分布和控制、外延層的厚度和均勻性直接影響了器件的性能及成品率。

——本文由真空鍍膜設(shè)備廠家廣東振華發(fā)布