外延工藝的介紹，單晶和多晶以及外延生長(zhǎng)的方法介紹。

大多數(shù)工程師對(duì)于外延這個(gè)工藝比較陌生，外延工藝在半導(dǎo)體器件制造中起到了重要的作用。外延工藝可以用在不同的芯片產(chǎn)品中，不同的產(chǎn)品外延的種類也不同，有Si外延，SiC外延，GaN外延等等。

外延是什么？

外延工藝在英文中通常被稱為 "Epitaxy"。這個(gè)詞源自希臘語的 "epi"（意為“上面”）和 "taxis"（意為“排列”）。顧名思義，即在某物體的上面整齊排列。外延工藝就是在單晶襯底上沉積一層薄的單晶層。這層新沉積的單晶層被稱作外延層。

外延工藝主要有兩種類型：同質(zhì)外延和異質(zhì)外延。同質(zhì)外延是指在相同類型的基片上生長(zhǎng)出相同的材料，這種外延生長(zhǎng)的外延層和基片有著完全相同的晶格結(jié)構(gòu)。異質(zhì)外延則是在一種材料的基片上生長(zhǎng)出另一種材料，這種情況下，外延生長(zhǎng)的晶體層和基片的晶格結(jié)構(gòu)可能會(huì)有所不同。

什么是單晶與多晶？

在半導(dǎo)體中，我們經(jīng)常會(huì)聽到單晶硅，多晶硅這種稱謂，那么為什么同樣是硅，為什么有的硅叫單晶，有的硅卻又叫多晶呢？

單晶：晶格排列是連續(xù)且不變的，沒有晶界，也就是說，整個(gè)晶體都是由一個(gè)單一的晶格構(gòu)成的，晶向一致。

多晶：多晶是由許多小的晶粒組成的，每個(gè)晶粒都是一個(gè)單晶，它們的取向相互之間是隨機(jī)的。這些晶粒通過晶界分隔開來。

多晶材料的生產(chǎn)成本比單晶低，因此在一些應(yīng)用中仍然有用。

哪些地方會(huì)涉及到外延工藝？

在硅基集成電路制造中，外延工藝被廣泛使用。例如，硅外延用于在硅襯底上生長(zhǎng)一個(gè)純凈且控制精細(xì)的硅層，這對(duì)于制造先進(jìn)的集成電路極其重要，另外在功率器件中，SiC和GaN是兩種常用的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有出色的電力處理能力。這些材料通常通過外延工藝在硅或其他襯底上生長(zhǎng)。在量子通信中，基于半導(dǎo)體的量子比特通常使用硅鍺外延結(jié)構(gòu)。等等

外延生長(zhǎng)的方法？

一般常用的三種半導(dǎo)體外延方法：

分子束外延（MBE）:分子束外延）是一種在超高真空條件下進(jìn)行的半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)技術(shù)。在此技術(shù)中，源材料以原子或分子束的形式被蒸發(fā)，然后沉積在晶體襯底上。MBE是一種非常精確且可控的半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)技術(shù)，它可以在原子級(jí)別精確控制沉積的材料厚度。

金屬有機(jī)CVD（MOCVD）：在MOCVD過程中，包含所需元素的有機(jī)金屬和氫化物氣體在適當(dāng)?shù)臏囟认孪蛞r底供應(yīng)，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成所需的半導(dǎo)體材料，并沉積在襯底上，而剩余的化合物和反應(yīng)產(chǎn)物則被排出。

氣相外延（VPE）:氣相外延是一種常用于生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的重要技術(shù)。其基本原理是在載氣中輸送單質(zhì)或化合物的蒸汽，通過化學(xué)反應(yīng)，在基片上沉積出晶體。

審核編輯：劉清