外延工藝的介紹，單晶和多晶以及外延生長的方法介紹。

大多數工程師對于外延這個工藝比較陌生，外延工藝在半導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品中，不同的產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：同質外延和異質外延。同質外延是指在相同類型的基片上生長出相同的材料，這種外延生長的外延層和基片有著完全相同的晶格結構。異質外延則是在一種材料的基片上生長出另一種材料，這種情況下，外延生長的晶體層和基片的晶格結構可能會有所不同。

什么是單晶與多晶？

在半導體中，我們經常會聽到單晶硅，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：晶格排列是連續且不變的，沒有晶界，也就是說，整個晶體都是由一個單一的晶格構成的，晶向一致。

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

多晶材料的生產成本比單晶低，因此在一些應用中仍然有用。

哪些地方會涉及到外延工藝？

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一個純凈且控制精細的硅層，這對于制造先進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。在量子通信中，基于半導體的量子比特通常使用硅鍺外延結構。等等

外延生長的方法？

一般常用的三種半導體外延方法：

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

金屬有機CVD（MOCVD）：在MOCVD過程中，包含所需元素的有機金屬和氫化物氣體在適當的溫度下向襯底供應，經過化學反應生成所需的半導體材料，并沉積在襯底上，而剩余的化合物和反應產物則被排出。

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

審核編輯：劉清