1. 外延生长 从生长机构来分，外延方法可以归纳为直接生长法和间接生长法。
2. 外延生长过程
反应气体分子从气相转移到生长层表面；反应气体分子被生长 层表面吸附；在生长层表面，反应物完成化学反应，生成硅原 子和其它副产物；副产物从生长层表面脱离；副产物排出反应 室；硅原子在生长层表面扩散；硅原子扩散至晶格形成处，与 其它硅原子结合形成晶核；晶核生长成单晶外延层。
Si������4 → ������������ + 2������2
1. 外延设备系统组成
5.2外延设备
图5-4 外延系统设备框图
2. 外延反应室 （1）卧式（水平式）反应室
（2） 立式（盘式）反应室
图5-5 卧式反应室
图5-6 立式反应室
3.筒式反应室
图5-7筒式反应室
5.3 气相外延
气相外延（Vapor Phase Epitaxy, VPE）是指含外延层材料的 物质以气相形式流向衬底，在衬底上发生化学反应，生长出和 衬底晶向相同的外延层的外延工艺。
SiCl4+2H2→Si+4HCl （2）SiHCl3：外延温度可略低于，生长速度快，每分钟可超过1μm，这 种源主要用于较厚的外延层生长。
3 SiH������������3 + 2 ������2 → Si + 3HCl （3）SiH2Cl2：常温下为气体。蒸汽压大于1个大气压，可在较上两种源 更低的温度下外延，从而有利薄层外延工艺中减少外扩散与自掺杂。 Si������2������������2 → ������������ + 2������������������ （4）SiH4:为气体，用于较低温度（950～1000℃）下薄层硅外延。
（3）换气
将氢气通入反应室以排除室内的空气。氢气的流速不能太大 ，否则，会将炉壁上的杂质吹落到wafer上。
（4）升温
将反应室内的空气完全排除才可升温，升温速度很快，只需 几分钟的时间，温度就可达到1200℃左右。
（5）气相抛光
气相抛光就是用化学腐蚀的方法除掉wafer表面的氧化层和 晶格损伤。气相抛光包括氯化氢抛光、水汽抛光以及氯气抛 光三种，通常采用氯化氢抛光。
1. 外延的分类
1.按外延层/衬底材料分类 2.根据工艺方法分类 3.按工艺温度分类 4.按外延层/衬底电阻率分类
2. 外延的作用 (1) 提高了器件性能和集成度; (2) 提高电路速度; (3) 改善电路的功率特性与频率特性 1 n+pn-型外延晶体管芯片剖示图
4. 外延工艺流程 （1）清洁 常用的清洁方法有两种：
a.将衬底置于温度高于1000的氢气气氛中，使硅表面的自 然氧化层与氢气反应生成一氧化硅和水气。
b.将衬底置于温度高于850的超高真空中，使氧化层自然脱 附，用等离子体刻蚀去除二氧化硅。
（2）装炉
装炉就是将清洁好的wafer放在已处理好的石墨基座上，装 入反应炉内。装炉之前，应先通入氮气或氢气净化反应炉， 接着再通入HCl气体。
图5-2 pn结隔离结构剖示图
5.外延改善NMOS电路性能 6.外延改善CMOS电路性能
图5-3 制作在外延层上的双阱CMOS电路剖示图
3.外延材料参数的选定
（1）外延导电类型的选定；（2）外延厚度的选择；
（3）外延电阻率的选定；（4）外延层晶向。
4. 硅源的选择
（1）SiCl4：价格低廉，使用甚广；室温下为液体，蒸汽压低。
5. 提高外延工艺质量的方法 （1） 减少外延层杂质玷污的方法 （2）改善外延均匀性的方法 （3）减少外延层自掺杂与外扩散的方法
5.4 分子束外延
分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）是一种物理气相外延工艺 ，多用于外延薄层、杂质分布复杂的多层硅外延，也用于III-V族、II-VI族 化合物半导体及合金、多种金属和氧化物单晶薄膜的外延生长。 1. 分子束外延原理与设备
（6）外延生长
抛光结束排空室内气体后，通入反应气体，确定好温度、气 体流量，即可开始生长。生长过程中，温度、流量不应波动 ，否则，生长速率会发生变化，继而影响外延层的厚度均匀 性、掺杂均匀性。
（7）闭源降温、取片
外延生长结束，停止提供反应气体及掺杂源，通入高纯氢气 保持恒温片刻，再缓慢降温，温度降至室温后，将氮气通入 室内排空氢气，打开反应器，取出生长好外延层的硅片。
第5章 外延工艺
• 本章的学习目标： 1.掌握外延的概念。 2.了解外延的分类及作用。 3.了解常用的外延系统及设备。 4.掌握气相外延原理、设备及工艺流程。 5.掌握分子束外延原理、设备及工艺流程。
5.1 外延
外延(Epitaxis)是指在硅单晶衬底（wafer）上 生长一层硅单晶薄膜的工艺，新生的单晶薄 膜即外延层。外延单词的字母是由两个希腊 字母(epi意义为“在上面的”，taxis 意思为 “有序的”)拼写而成,其意思为在一个晶体衬 底上生成结晶薄层的方法。
图5-9 分子束外延示意图
2. 低压选择外延，低压选择外延有两种选择外延： （1）仅在SiO2窗口露出的硅衬底上外延单晶硅，在SiO2上 不长多晶硅； （2）在窗口上长单晶硅，同时在SiO2上长多晶硅（这种工 艺可用于发展高阻多晶硅隔离）。
图5-10 局部氧化工艺（a）和低压选择外延(b)的工序对比
图5-8 外延生长过程
3. 外延前工艺准备 硅片外延生长前,先要作如下一些工作: （1）衬底材料初选：检查衬底片的机械尺寸，电阻率范围，抛光 质量乃至有害杂质含量。
（2）清洗硅片：去掉表面驻点，油污，吸附有机物，金属杂质残 余物。清洗系统，反应室及支座。 （3）硅片清洗后抽样镜检。合格者待用，不合格者返工清洗。 （4）装调好外延系统并检查（包括检漏）完好，准备外延启用。 （5）按工艺要求和工艺设计拟订好工艺条件。 （6）安全措施检查。 （7）外延前的HCl和H2处理。