在单晶衬底上生长单晶层

外延工艺是半导体制造中的核心技术，主要用于在单晶衬底上生长高质量单晶层，为后续器件制造提供基础。其核心功能和应用可归纳如下：

一、基本定义与原理

外延工艺指在晶体衬底上通过物理或化学方法生长单晶材料的薄膜技术。根据生长材料与衬底晶向的关系，分为 同质外延 和 异质外延 两种类型：

1. 同质外延 ：新生长层与衬底为同一材料（如硅到硅），晶向一致；

2. 异质外延 ：新层与衬底材料不同（如硅到锗），可形成异质结。

二、关键作用

1. 缺陷修复与表面优化

   通过气相沉积（如SiH₄或SiHCl₃）在高温下生长单晶层，修复衬底表面的晶格损伤和表面粗糙度，使表面平整度达到原子级（0.1nm以下）。

2. 精确掺杂控制

   利用分子束外延（MBE）或化学气相沉积（CVD）技术，可精确控制掺杂浓度（如±3%以内）和分布，优化CMOS器件的阈值电压和结特性。

3. 应变工程与性能提升

   通过选择性外延生长（如SiGe层）引入局部压应力，提高PMOS沟道中的空穴迁移率。例如在7nm工艺中，源漏提升技术可降低接触电阻。

4. 三维器件结构支撑

   在FinFET、GAA等三维器件中，外延工艺用于构建源漏接触结构，显著降低接触电阻并提升载流子传输效率。

三、典型应用场景

• 集成电路制造 ：如CMOS晶体管的源漏外延、嵌入式非易失性存储器的外延生长；

• LED衬底 ：通过外延工艺优化发光材料层，提升发光效率；

• 功率器件 ：利用应变工程改善载流子迁移率，增强器件耐压能力。

四、工艺优势

• 材料纯度更高 ：外延层晶格缺陷较少，成品率显著提升；

• 工艺灵活性强 ：可调控掺杂类型、浓度及厚度，满足多样化器件需求。

外延工艺通过精确控制单晶生长参数，为半导体器件的性能优化和工艺创新提供关键支撑，是现代半导体制造中不可或缺的步骤。