什么是外延工艺？什么是单晶与多晶？哪些地方会涉及到外延工艺？

外延工艺的介绍，单晶和多晶以及外延生长的方法介绍。

大多数工程师对于外延这个工艺比较陌生，外延工艺在半导体器件制造中起到了重要的作用。外延工艺可以用在不同的芯片产品中，不同的产品外延的种类也不同，有Si外延，SiC外延，GaN外延等等。

外延是什么？

外延工艺在英文中通常被称为 "Epitaxy"。这个词源自希腊语的 "epi"（意为“上面”）和 "taxis"（意为“排列”）。顾名思义，即在某物体的上面整齐排列。外延工艺就是在单晶衬底上沉积一层薄的单晶层。这层新沉积的单晶层被称作外延层。

外延工艺主要有两种类型：同质外延和异质外延。同质外延是指在相同类型的基片上生长出相同的材料，这种外延生长的外延层和基片有着完全相同的晶格结构。异质外延则是在一种材料的基片上生长出另一种材料，这种情况下，外延生长的晶体层和基片的晶格结构可能会有所不同。

什么是单晶与多晶？

在半导体中，我们经常会听到单晶硅，多晶硅这种称谓，那么为什么同样是硅，为什么有的硅叫单晶，有的硅却又叫多晶呢？

单晶：晶格排列是连续且不变的，没有晶界，也就是说，整个晶体都是由一个单一的晶格构成的，晶向一致。

多晶：多晶是由许多小的晶粒组成的，每个晶粒都是一个单晶，它们的取向相互之间是随机的。这些晶粒通过晶界分隔开来。

多晶材料的生产成本比单晶低，因此在一些应用中仍然有用。

哪些地方会涉及到外延工艺？

在硅基集成电路制造中，外延工艺被广泛使用。例如，硅外延用于在硅衬底上生长一个纯净且控制精细的硅层，这对于制造先进的集成电路极其重要，另外在功率器件中，SiC和GaN是两种常用的宽禁带半导体材料，具有出色的电力处理能力。这些材料通常通过外延工艺在硅或其他衬底上生长。在量子通信中，基于半导体的量子比特通常使用硅锗外延结构。等等

外延生长的方法？

一般常用的三种半导体外延方法：

分子束外延（MBE）:分子束外延）是一种在超高真空条件下进行的半导体外延生长技术。在此技术中，源材料以原子或分子束的形式被蒸发，然后沉积在晶体衬底上。MBE是一种非常精确且可控的半导体薄膜生长技术，它可以在原子级别精确控制沉积的材料厚度。

金属有机CVD（MOCVD）：在MOCVD过程中，包含所需元素的有机金属和氢化物气体在适当的温度下向衬底供应，经过化学反应生成所需的半导体材料，并沉积在衬底上，而剩余的化合物和反应产物则被排出。

气相外延（VPE）:气相外延是一种常用于生产半导体设备的重要技术。其基本原理是在载气中输送单质或化合物的蒸汽，通过化学反应，在基片上沉积出晶体。

审核编辑：刘清