外延生长

外延生长

在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。

中文名外延生长

时    间50年代末60年代初

方    法减小集电极串联电阻

途    径气相外延工艺

简介

　　外延生长技术发展于50年代末60年代初。当时，为了制造高频大功率器件，需要减小 集电极串联电阻，又要求材料能耐高压和大电流，因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。外延工艺还广泛用于集成电路中的PN结隔离技术（见隔离技术）和大规模集成电路中改善材料质量方面。
　　

原理

　　生长外延层有多种方法，但采用最多的是气相 外延工艺。图1为硅(Si) 气相外延的装置 原理图。氢(H2)气携带四氯化硅(SiCl4)或 三氯氢硅(SiHCl3)、 硅烷(SiH4)或 二氯氢硅(SiH2 Cl2)等进入置有硅衬底的反应室，在反应室进行高温化学反应，使含硅反应气体还原或热分解，所产生的硅原子在衬底硅表面上外延生长。其主要化学反应式， 硅片外延生长时，常需要控制掺杂，以保证控制电阻率。N型外延层所用的掺杂剂一般为磷烷(PH3)或三氯化磷(PCl3);P型的为乙硼烷(B2H6)或三氯化硼(BCl3)等。
　　

过程

　　气相外延生长常使用高频感应炉加热， 衬底置于包有碳化硅、玻璃态石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上，然后放进石英 反应器中。此外，也有采用红外辐照加热的。为了制备优质的外延层，必须保证原料的纯度。对于 硅外延生长，氢气必须用 钯管或分子筛等加以净化,使露点在-7℃以下，还要有严密的系统，因微量水汽或氧的泄漏会产生有害的影响；为获得平整的表面，衬底必须严格抛光并防止表面有颗粒或化学物质的沾污；在外延生长前，反应管内在高温下用干燥氯化氢、溴或溴化氢进行原位抛光，以减少层错缺陷;为减少 位错须避免衬底边缘损伤、热应力冲击等;为得到重复均匀的厚度和掺杂浓度分布，还须控制温度分布和选择合适的气流模型。