· 外延工艺允许在相同材料的衬底上生长更高纯度的膜层。
· 在外延过程中，生长的方向由下面的基底晶体决定。
· 外延工艺影响器件质量、特性、电气性能等。
硅衬底上外延生长砷化镓
在完美的晶体基础层上构建集成电路或半导体器件是理想的选择。半导体制造中的外延（epi）工艺旨在在单晶衬底上沉积一层精细的单晶层，通常约为0.5至20微米。外延工艺是半导体器件制造中的一个重要步骤，尤其是在硅片制造中。
半导体制造中的外延工艺综述 | |
它是什么 | 半导体制造中的外延（epi）工艺允许在晶体衬底的顶部以给定的取向生长薄晶体层。 |
目标 | 在半导体制造中，外延工艺的目标是使电子通过器件更有效地传输。在半导体器件的构造中，包括外延层以细化并使结构均匀。 |
过程 | 外延工艺允许在相同材料的衬底上生长更高纯度的层。在一些半导体材料中，例如异质结双极晶体管（HBT）或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），外延工艺用于生长不同于衬底的材料层。正是外延工艺使得在高掺杂材料层上生长低密度掺杂层成为可能。 |
在外延工艺中，生长的方向由下面的基底晶体决定。取决于沉积的重复，可以有一个或多个外延层。外延工艺可用于形成在化学组成和结构方面与下面的衬底相同或不同的材料薄层。
Epi过程的两种类型 | ||
特征 | 同质外延 | 异质外延 |
生长层 | 外延生长层与衬底层的材料相同 | 外延生长层的材料与衬底层不同 |
晶体结构和晶格 | 衬底和外延层的晶体结构和晶格常数相同 | 衬底和外延的晶体结构与晶格常数不同 |
实例 | 硅衬底上外延生长高纯硅 | 硅衬底上外延生长砷化镓 |
应用 | 半导体器件结构需要不同掺杂水平的层或在不太纯的衬底上的纯膜 | 半导体器件结构需要不同材料的层或构建不能作为单晶获得的材料的晶体膜 |
因素 | 描述 |
温度 | 影响外延速率和外延层密度。外延工艺所需的温度高于室温，并且该值取决于外延的类型。 |
压力 | 影响外延速率和外延层密度。 |
缺陷 | 外延中的缺陷导致有缺陷的晶片。外延工艺所需的物理条件应保持为无缺陷外延层生长。 |
期望位置 | 外延工艺应在晶体的正确位置上生长。在此过程中不需要生长的区域应适当地镀膜以防止生长。 |
自掺杂 | 由于外延工艺在高温下进行，掺杂剂原子可能能够在材料中带来变化。 |
外延生长的密度是外延生长层中每单位体积材料的原子数。诸如温度、压力和半导体衬底的类型等因素影响外延生长。通常，外延层的密度随着上述因素而变化。外延层生长的速度称为外延速率。
如果外延生长在适当的位置和取向，生长速率将很高，反之亦然。与外延层密度类似，外延速率也取决于物理因素，如温度、压力和衬底材料类型。
外延速率在高温和低压下增加。外延速率还取决于衬底结构取向、反应物的浓度和所采用的生长技术。
外延工艺有几种方法：液相外延、混合气相外延、固相外延、原子层沉积、化学气相沉积、分子束外延等。让我们来比较两种外延工艺：CVD和MBE。
化学气相沉积 (CVD) | 分子束外延 (MBE) |
化学过程 | 物理过程 |
涉及气体前体在生长室或反应器中与加热的衬底相遇时发生的化学反应 | 待沉积的材料在真空条件下加热 |
对薄膜生长过程的精确控制 | 精确控制生长层的厚度和成分 |
用于需要高质量外延层的应用 | 用于需要极细外延层的应用 |
最常用的方法 | 较昂贵的方法 |
外延工艺在半导体制造中至关重要；它优化了半导体器件和集成电路的性能。它是半导体器件制造中影响器件质量、特性和电学性能的主要工艺之一。
原磊纳米自主研发的低温选择性外延平台，在制造、能耗和生产效率上取得一些列突破性创新成果，并成为全球第三种加热灯管设计的外延设备。该设备可用于8/12英寸逻辑、存储和外延片等硅基同质、异质外延生长。设备的预真空腔采用双层设计，兼顾进样和冷却；工艺腔体配置公司自主研发的前处理系统，可实现更低衬底伤害下的高质量表面处理；传输系统在对晶圆抓取、摆放、升降和温控等进行创新优化后，可实现锗硅和硅外延工艺产能的大幅提升。该平台总共可配置2个前处理和4个EPI工艺腔体，能完全满足主流晶圆厂产能需求。
EPI M300 系列
