半导体外延工艺详解-优快云博客

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外延工艺在半导体制造中扮演重要角色，通过在衬底上生长单晶层解决材料电阻率矛盾，应用于高频大功率晶体管。外延生长特点包括低阻/高阻层生长、掺杂控制和异质多层结构。气相外延和液相外延是常见方法，前者质量优但速度慢，后者适合大规模生产。设备中，气体选择如SiH4、SiH2Cl2等，国际和国内均有知名供应商。

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01、外延工艺解决了什么问题？

外延炉是一种用于生产半导体材料的设备，其工作原理是在高温高压环境下将半导体材料沉积在衬底上。

硅外延生长，是在具有一定晶向的硅单晶衬底上，生长一层具有和衬底相同晶向的电阻率且厚度不同的晶格结构完整性好的晶体。

只有体单晶材料难以满足日益发展的各种半导体器件制作的需要。因此，1959年末开发了薄层单晶材料生长技外延生长。那外延技术到底对材料的进步有了什么具体的帮助呢？
对于硅而言，硅外延生长技术开始的时候，真是硅高频大功率晶体管制做遇见困难的时刻。从晶体管原理来看，要获得高频大功率，必须做到集电区击穿电压要高，串联电阻要小，即饱和压降要小。前者要求集电区材料电阻率要高，而后者要求集电区材料电阻率要低，两省互相矛盾。如果采用集电极区材料厚度减薄的方式来减少串联电阻，会使硅片太薄易碎，无法加工，若降低材料的电阻率，又与第一个要求矛盾，而外延技术的发展则成功地解决了这一困难。
解决方案：在电阻极低的衬底上生长一层高电阻率外延层，器件制作在外延层上，这样高电阻率的外延层保证了管子有高的击穿电压，而低电阻的衬底又降低了基片的电阻，从而降低了饱和压降，从而解决了二者的矛盾。此外，GaAs等Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族以及其他分子化合物半导体材料的气相外延、液相外延等外延技术也都得到很大的发展，已成为绝大多数书微波器件、光电器件、功率器件等制作不可缺少的工艺技术，特别是分子束、金属有机气相外延技术在薄层、超晶格、量子阱、应变超晶格、原子级薄层外延方面的成功应用，为半导体研究的新领域“能带工程”的开拓打下了夯实的基础。