一、硅外延的定义

硅外延工艺实际上是一种薄层的单晶生长技术，它是在一定的条件下，在硅单晶的衬底片上，沿单晶的结晶方向生长一层具有一定导电类型，电阻率、厚度、晶格结构与体单晶一致的新单晶层。

二、硅外延生长工艺的优点

1、 生长温度比它本身的熔点要低

2、 可以获得纯度高、缺陷少的单晶薄层

3、 由于掺杂工艺灵活，可以获得多种结构的单晶或多层外延便于器件参数结构的调整

三、硅外延工艺的分类

1、 按结构分类 同质外延——即外延层在结构与性质上与衬底材料相同，

例如N/N+，P/P+异质外延——即外延层在结构与性质上与衬底材料不同，例：SOI(绝缘衬底上外延)

2、 按外延层的厚度和电阻率分类 

厚度和电阻率均可按客户要求精确控制

3、 按外延生长方法分类

直接法——不经过中间化学反应，硅原子直接从源转移到衬底片上形成外延层，例：真空溅射法，分子束外延（物理法）液相外延等等

间接法——通过还原或分解硅化合物得到所需要的硅原子，然后在衬底上淀积形成外延层，我们的硅外延就属于间接生长工艺

四、硅外延的基本原理

1、四种硅源的化学反应及其优点

表一.硅烷和氯硅烷外延

硅源     熔点（℃） 沸点（℃） 化学反应式 淀积压力 温度范围 典型生长速率um/min

SiCl4    -68       57.6    SiCl4+2H2=Si+4HCl 常压减压    1150-1200 0.5-1.2

SiHCl3   -127      31.8    SiHCl3+H2=Si+3HCl 常压减压    1100-1150 1.0-3

SiH2Cl2  -122       8.3    SiH2Cl2=SI+2HCl   常压减压    1050-1100 0.5-2

SiH4    -185       -112   SiH4=Si+2H2       常压减压    900-1000 0.1-0.5

2、硅外延的生长过程

硅的化学气相沉积外延生长其原理是在高温（＞1100℃）的衬底上输送硅的化合物（SiHCl3或SiCl4或SiH2Cl2等）利用氢（H2）在衬底上通过还原反应析出硅的方法。

气相外延生长过程包括：

（1）反应剂（SiCl4或SiHCl3+H2）气体混合物质量转移到衬底表面；

（2）吸收反应剂分子在表面上（反应物分子穿过附面层向衬底表面迁移）；

（3）在表面上进行反应得到硅原子及其副产物；

（4）释放出副产物分子；

（5）副产物分子向主气流质量转移；（排外）

（6）硅原子先在生长层表面形成原子集团——晶核，接着加接到晶核上，使晶核增大，形成新的晶面。