外延工艺是在单晶衬底上生长与原衬底晶格取向一致的单晶薄膜技术，广泛应用于半导体制造，如碳化硅功率器件和集成电路。其核心价值在于提升材料纯度、减少晶格缺陷，并通过厚度与掺杂浓度的灵活设计优化器件性能。目前主流采用化学气相沉积（CVD）法，尤其适合批量生产。
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基本原理与分类
外延工艺通过固相、液相或气相生长方式，在衬底表面形成单晶层。固相外延常见于离子注入后的热退火，气相外延则以CVD技术为主，适用于硅和碳化硅等材料。例如，碳化硅外延需在导电型衬底上生长高质量薄膜，以制造肖特基二极管等功率器件。 -
关键技术：CVD与台阶控制法
CVD因其高精度和可控性成为主流，尤其结合台阶控制外延法，可解决多型体混合问题。通过偏轴衬底（如4°偏角的4H-SiC）和优化温度（1200℃以上），能实现外延层的高速、低缺陷生长。三氯氢硅（TCS）作为硅源可进一步提升生长速率10倍以上。 -
性能影响因素
外延层厚度与掺杂浓度直接决定器件性能。例如，高压器件需100μm厚的外延层，但对均匀性要求极高。掺杂通过“竞位外延”调控，如氮（N）掺杂浓度与氮气流量成正比，而温度升高可能加剧衬底杂质扩散，需综合平衡工艺参数。 -
应用与挑战
中低压领域（如1200V器件）技术成熟，但高压应用仍面临厚度均匀性和缺陷控制难题。大尺寸外延片（6英寸）逐步普及，衬底成本降低推动产业化，但少子寿命优化等工艺仍需突破。
外延工艺是半导体器件的基石，未来需持续优化生长速率与缺陷控制，以满足高压、高频器件的需求。
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