【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 質(zhì)外延；由在外延層上還是在襯底上制造器件可分為正外延和負(fù)外延（反外延）；由外延的生長(zhǎng)環(huán)境狀態(tài)可分為 液相外延、氣相外延和分子束外延；由外延過(guò)程中的生長(zhǎng)機(jī)構(gòu)可分為直接外延和間接外延。對(duì)外延技術(shù)做了簡(jiǎn)單的介紹，給出了外延技術(shù)和外延層的定義；介紹了低溫外延、變溫外延、分步外延和分子束外延幾種較新的外延技術(shù)。對(duì)在集成電路制造中常見(jiàn)的外延工藝做了概述。對(duì)硅外延工藝，介紹了其典型外延裝置，包括了臥式外延反應(yīng)器裝置、立式外延反應(yīng)器裝置和桶式外延反應(yīng)器裝置；以氫氣還原四氯化硅的典型臥式外延反應(yīng)器裝置為例進(jìn)行了設(shè)備介紹，該設(shè)備包含了氣體控制裝置（氣體純化裝置、硅化物源〈純硅化物源和含雜硅化物源〉、控制管道及裝置等）、高（射）頻加熱裝置（高〈射〉頻感應(yīng)信號(hào)爐 、可通冷卻水的銅感應(yīng)線圈、靠產(chǎn)生渦流加熱的石墨基座）、測(cè)溫裝置及石英管構(gòu)成的反應(yīng)器；對(duì)硅外延可進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了討論，包括氫氣還原法中的四氯化硅氫氣還原法、三氯氫硅氫氣還原法 以及熱分解法中的二氯氫硅熱分解法、硅烷熱分解法。對(duì)砷化鎵外延工藝，主要介紹了三類外延方法中常見(jiàn)的氣相外延工藝和液相外延工藝，在氣相外延工藝中，討論了鹵化物外延工藝和氫化物外延工藝；在液相外延工藝中，介紹了液相外延應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題、介紹了液相外延生長(zhǎng)系統(tǒng)（水平生長(zhǎng)系統(tǒng)和垂直生長(zhǎng)系統(tǒng)），由于水平生長(zhǎng)系統(tǒng)較為常用，所以重點(diǎn)介紹了各種水平液相生長(zhǎng)系統(tǒng)。課程難點(diǎn)：外延的定義、外延技術(shù)的定義、外延層的定義。在外延分類中，按外延材料不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按器件制作的層次不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按外延外延層與襯底材料相同或不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按外延生長(zhǎng)環(huán)境狀態(tài)不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按外延生長(zhǎng)機(jī)構(gòu)不同分類時(shí)所包含的種類及其定義。外延技術(shù)解決了半導(dǎo)體集成電路制造中哪些難題？是如何解決的。對(duì)于半導(dǎo)體集成電路制造中常見(jiàn)的外延技術(shù)，關(guān)于硅外延技術(shù)的典型生長(zhǎng)裝置、裝置中的主要組成部分、外延中區(qū)別兩類方式（氫氣還原方式、熱分解方式）可進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)；關(guān)于砷化鎵外延技術(shù)的兩種外延類型、氣相外延工藝中的兩種外延方法（鹵化物外延工藝、氫化物外延工藝）各自的工藝過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)狀況、液相外延工藝中應(yīng)注意的問(wèn)題和幾種實(shí)際外延系統(tǒng)的外延原理。 基本概念：1 外延在一定條件下，通過(guò)一定方法獲得所需原子，并使這些原子有規(guī)則地排列在襯底上；在排列時(shí)控制有關(guān)工藝條件，使排列的結(jié)果形成具有一定導(dǎo)電類型、一定電阻率、一定厚度。晶格完美的新單晶層的過(guò)程。2 硅外延生長(zhǎng)硅外延層的外延生長(zhǎng)過(guò)程。3砷化鎵外延生長(zhǎng)砷化鎵外延層的外延生長(zhǎng)過(guò)程。4 同質(zhì)外延生長(zhǎng)的外延層材料與襯底材料結(jié)構(gòu)相同的外延生長(zhǎng)過(guò)程。5 異質(zhì)外延生長(zhǎng)的外延層材料與襯底材料結(jié)構(gòu)不同的外延生長(zhǎng)過(guò)程。6 正外延在（外延/襯底）結(jié)構(gòu)上制造器件時(shí)器件制造在外延層上的前期外延生長(zhǎng)過(guò)程。7負(fù)外延（反外延）在（外延/襯底）結(jié)構(gòu)上制造器件時(shí)器件制造在襯底上的前期外延生長(zhǎng)過(guò)程。8液相外延襯底片的待生長(zhǎng)面浸入外延生長(zhǎng)的液體環(huán)境中生長(zhǎng)外延層的外延生長(zhǎng)過(guò)程。9氣相外延在含有外延生長(zhǎng)所需原子的化合物的氣相環(huán)境中，通過(guò)一定方法獲取外延生長(zhǎng)所需原子，使其按規(guī)定要求排列而生成外延層的外延生長(zhǎng)過(guò)程。10 分子束外延在高真空中，外延生長(zhǎng)所需原子（無(wú)中間化學(xué)反應(yīng)過(guò)程）由源直接轉(zhuǎn)移到待生長(zhǎng)表面上，按規(guī)定要求排列生成外延層的外延生長(zhǎng)過(guò)程。11 直接外延整個(gè)外延層生長(zhǎng)中無(wú)中間化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的外延生長(zhǎng)過(guò)程。12間接外延外延所需的原子由含其基元的化合物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)得到，然后淀積、加接形成外延層的外延生長(zhǎng)過(guò)程。13 外延層由原始襯底表面起始，沿其結(jié)晶軸向（垂直于襯底表面的方向）平行向外延伸所生成的新單晶層。14外延技術(shù)生長(zhǎng)外延層的技術(shù)?；疽螅毫私馔庋蛹夹g(shù)解決了半導(dǎo)體分離器件和集成電路制造中存在的哪些難題？為什么說(shuō)外延技術(shù)解決了器件參數(shù)對(duì)材料要求的矛盾、是什么矛盾、如何解決的？為什么說(shuō)外延技術(shù)提供了集成電路隔離的一種方法、什么方法？為什么說(shuō)外延技術(shù)為發(fā)光器件、光學(xué)器件的異質(zhì)結(jié)形成提供了途徑？要求知道外延技術(shù)是如何分類的、各種分類中的外延是如何定義的？要求能大致了解較新的外延技術(shù)。要求清楚的知道在集成電路制造中常用的硅外延工藝的典型外延裝置和外延過(guò)程中的所有可能的化學(xué)反應(yīng)；要求清楚的知道在集成電路制造中常用于砷化鎵外延工藝中的液相外延的注意事項(xiàng)及液相外延反應(yīng)系統(tǒng)、氣相外延的兩種外延工藝及其外延過(guò)程中的所有化學(xué)反應(yīng)。 167。 四氯化硅氫氣還原法外延原理 課程內(nèi)容：167。 四氯化硅的氫氣還原法外延生長(zhǎng)過(guò)程1 化學(xué)原理 四氯化硅的氫氣還原機(jī)理 為吸熱反應(yīng) 伴有有害副反應(yīng) 整個(gè)反應(yīng)過(guò)程分兩步進(jìn)行 反應(yīng)步驟分析 四氯化硅質(zhì)量轉(zhuǎn)移到生長(zhǎng)層表面 四氯化硅在生長(zhǎng)層表面被吸附 在生長(zhǎng)層表面上四氯化硅與氫氣反應(yīng) 副產(chǎn)物的排除 硅原子在生長(zhǎng)層表面的加接2 {111}面硅外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理 晶核的形成 結(jié)晶學(xué)核化理論 共價(jià)鍵理論 結(jié)晶體的形成 晶核沿六個(gè)[110]向和六個(gè)[112]向擴(kuò)展 （111）面上的結(jié)晶體是六棱形的 （111）面上的六棱形結(jié)晶體是非對(duì)稱的 生長(zhǎng)面的平坦擴(kuò)展167。 外延系統(tǒng)及外延生長(zhǎng)速率1 外延系統(tǒng)的形態(tài) 外延系統(tǒng)的流體形態(tài) 流體的連續(xù)性 流體的粘滯性 流體的兩種流動(dòng)形態(tài) 流體的紊流態(tài) 流體的層流態(tài) 流體形態(tài)判據(jù)及外延系統(tǒng)中的流體流形 流體流形判定 外延系統(tǒng)中的流體形態(tài)2 外延系統(tǒng)中的附面層概念 速度附面層 實(shí)際外延系統(tǒng)近似 速度附面層定義 速度附面層的厚度表達(dá)式 質(zhì)量附面層 質(zhì)量附面層定義 質(zhì)量附面的厚度表達(dá)式3 外延生長(zhǎng)速率 外延生長(zhǎng)模型的建立 外延生長(zhǎng)速率 外延生長(zhǎng)速率的表達(dá)式 兩種極限條件下的外延生長(zhǎng)速率4 影響外延生長(zhǎng)速率的諸因素 與溫度的關(guān)系 化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系 氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)與溫度的關(guān)系 實(shí)際外延溫度的選擇 與反應(yīng)劑濃度的關(guān)系 與氣體流量的關(guān)系 與襯底片位置量的關(guān)系5 改善外延生長(zhǎng)前后不均勻的工藝措施 適當(dāng)增大混合氣體的流量 使基座相對(duì)氣流傾斜一小角度 課程重點(diǎn)：本節(jié)以四氯化硅的氫氣還原法外延生長(zhǎng)作為重點(diǎn)，討論了在{111}面上進(jìn)行硅外延的所有化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和結(jié)晶生長(zhǎng)原理。根據(jù)分析可知：整個(gè)外延過(guò)程實(shí)際上是外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與外延生長(zhǎng)的結(jié)晶過(guò)程的連續(xù)地、不斷地、重復(fù)進(jìn)行的綜合過(guò)程。本節(jié)討論了外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)原理。由化學(xué)反應(yīng)方程式分析可知：四氯化硅的氫氣還原反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，只有當(dāng)外延生長(zhǎng)溫度大于一千度時(shí)，才有明顯的化學(xué)反應(yīng)速率，才不影響外延生長(zhǎng)的進(jìn)行；四氯化硅的氫氣還原反應(yīng)伴有若干副反應(yīng)，這些副反應(yīng)是指反應(yīng)劑四氯化硅和反應(yīng)副產(chǎn)物氯化氫對(duì)生長(zhǎng)層（襯底）的腐蝕反應(yīng)，副反應(yīng)的存在和加強(qiáng)顯然會(huì)影響和嚴(yán)重影響外延生長(zhǎng)速率，本節(jié)介紹了這些影響、并對(duì)保正外延向正方向進(jìn)行提出了調(diào)控措施；由對(duì)化學(xué)反應(yīng)模式分析可知：外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是由兩步完成的，其基于化學(xué)反應(yīng)的分子碰撞理論。本節(jié)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)步驟進(jìn)行了分析，它包含了反應(yīng)劑四氯化硅由氣相向生長(zhǎng)層表面的質(zhì)量轉(zhuǎn)移、反應(yīng)劑四氯化硅在生長(zhǎng)層表面被吸附、在生長(zhǎng)層表面反應(yīng)劑四氯化硅與還原劑氫氣反應(yīng)、反應(yīng)生成的副產(chǎn)物的排出和反應(yīng)生成的高能、游離態(tài)硅原子的淀積、加接等若干過(guò)程，而高能、游離態(tài)硅原子的如何淀積、加接是外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理。本節(jié)介紹了外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)過(guò)程和結(jié)晶學(xué)原理，其結(jié)晶學(xué)過(guò)程是由化學(xué)反應(yīng)獲得的高能、游離態(tài)硅原子→淀積于襯底表面上→在表面上移動(dòng)希望按襯底晶格加接→首先形成若干分立的（具有原子〈雙層原子面不可分割〉厚度的）晶核→隨其它硅原子在晶核上加接、晶核擴(kuò)大→形成若干分立（非對(duì)稱六棱形的）結(jié)晶體→隨其它硅原子在結(jié)晶體上加接、結(jié)晶體擴(kuò)大→若干分立的結(jié)晶體連成一片→形成一層（具有原子厚度的）新單晶層→再在新單晶層形成若干分立的（具有原子厚度的）晶核→再晶核擴(kuò)大→…→形成一定厚度的外延新單晶層；基于上述外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)過(guò)程本節(jié)就為什么首先形成晶核、形成的晶核為什么是分立的、形成晶核的理論、如何由晶核形成結(jié)晶體、結(jié)晶體形成受到的結(jié)晶學(xué)上的限制、為什么在{111}面上的結(jié)晶體是非對(duì)稱六棱形的等等結(jié)晶學(xué)問(wèn)題和原理進(jìn)行了討論。本節(jié)還對(duì) 外延系統(tǒng)及外延生長(zhǎng)速率進(jìn)行了介紹和討論。關(guān)于外延生長(zhǎng)系統(tǒng)，對(duì)典型的臥式外延生長(zhǎng)反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行了形態(tài)討論，指出外延生長(zhǎng)反應(yīng)系統(tǒng)是一個(gè)流體系統(tǒng)、介紹了流體的兩個(gè)性質(zhì)、給出了流體的兩種流動(dòng)形態(tài)、流體形態(tài)判據(jù)和判定、以及對(duì)實(shí)際外延系統(tǒng)中的流體形態(tài)進(jìn)行了討論，在本部分討論中涉及了部分流體力學(xué)的內(nèi)容。為了更好的討論外延生長(zhǎng)速率，本節(jié)還給出了附面層的概念，由于流體的粘滯性而導(dǎo)致外延基座上方的流體流速存在變速的區(qū)域，由此引入了速度附面層的概念，同時(shí)給出了速度附面層的厚度表達(dá)式；由于速度附面層的存在，導(dǎo)致外延基座上方的極小區(qū)域內(nèi)存在反應(yīng)劑濃度的變化，由此引入了質(zhì)量附面層的概念，同時(shí)給出了質(zhì)量附面層的厚度表達(dá)式。在外延生長(zhǎng)速率的討論中，建立了外延生長(zhǎng)模型、由模型討論得到了外延生長(zhǎng)速率的表達(dá)式、對(duì)外延生長(zhǎng)速率的表達(dá)式進(jìn)行了極限分析；討論了影響外延生長(zhǎng)速率的溫度因素、反應(yīng)劑濃度因素、混合氣體流量因素、以及在外延生長(zhǎng)系統(tǒng)中，襯底片位置量的變化外延生長(zhǎng)速率的影響；為了改善外延生長(zhǎng)前后不均勻的現(xiàn)象，本節(jié)給出了兩個(gè)工藝措施。 課程難點(diǎn)：首先要對(duì)外延生長(zhǎng)過(guò)程有一個(gè)整體的概念。在{111}面上進(jìn)行四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)原理，其反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)中的狀態(tài)、反應(yīng)中的步驟、化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)和副反應(yīng)（包含逆反應(yīng)）。四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理，其外延生長(zhǎng)的結(jié)晶過(guò)程、結(jié)晶學(xué)的成核理論（結(jié)晶學(xué)理論和共價(jià)鍵理論）、晶核擴(kuò)展理論、結(jié)晶體的形成、結(jié)晶體擴(kuò)展理論、以及外延層的厚度長(zhǎng)成和平坦擴(kuò)展理論。實(shí)際臥式外延反應(yīng)系統(tǒng)的分析，為流體系統(tǒng)、具有流體的兩個(gè)特性、流體的兩種流動(dòng)形態(tài)、流體流形的判據(jù)和判定、實(shí)際外延系統(tǒng)的流體流形。外延生長(zhǎng)系統(tǒng)中兩個(gè)附面層的定義、表達(dá)式及對(duì)外延生長(zhǎng)的指導(dǎo)意義。外延模型的建立、理解和分析；外延模型對(duì)推導(dǎo)外延生長(zhǎng)速率的指導(dǎo)意義；應(yīng)用外延生長(zhǎng)速率簡(jiǎn)化表達(dá)式的極限條件分析；影響外延生長(zhǎng)速率的各種因素討論及分析。基本概念： 1 外延生長(zhǎng)過(guò)程外延化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與外延結(jié)晶過(guò)程的連續(xù)、不斷、重復(fù)進(jìn)行的全過(guò)程。 2歧化特性指一種物質(zhì)在同一個(gè)反應(yīng)中既起氧化劑的作用又起還原劑作用的性質(zhì)。 3 歧化反應(yīng)符合歧化特性的化學(xué)反應(yīng)。 4表面吸附指固體表面對(duì)氣相物質(zhì)的吸引、固定。 5 流體的粘滯性當(dāng)流體饒流固體表面時(shí)，由于分子（原子）間的作用力（吸引力），使原來(lái)等速流進(jìn)的流體在固體表面上方出現(xiàn)非等速流進(jìn)的的現(xiàn)象，稱為粘滯現(xiàn)象；流體的這種性質(zhì)稱為粘滯性。 6流體的連續(xù)性指流體是由無(wú)數(shù)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的微團(tuán)構(gòu)成，在自然界無(wú)間斷點(diǎn)的性質(zhì)。 7流體的紊流態(tài)指流體中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的微團(tuán)運(yùn)動(dòng)處于雜亂無(wú)章的狀態(tài)，也稱湍流態(tài)。 8流體的層流態(tài)指流體中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的微團(tuán)運(yùn)動(dòng)有序，形成彼此互不干擾的流線（流層）的狀態(tài)。 9速度附面層由于流體的粘滯作用，而使外延平板基座上方流體流速分布受到干擾的區(qū)域。由于該區(qū)域中的流體流速滯慢于層外，也稱為滯流層。 10質(zhì)量附面層外延平板基座上方、速度附面層內(nèi)，反應(yīng)劑濃度（質(zhì)量）有較大變化的區(qū)域。 11反應(yīng)劑的氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)單位時(shí)間內(nèi)，由氣相到達(dá)單位面積表面的反應(yīng)劑粒子數(shù)。 12 自摻雜效應(yīng)——指在外延過(guò)程中，氣氛對(duì)襯底表面的腐蝕而使主氣流中雜質(zhì)濃度起變化，從而造成前、后硅片的摻雜濃度不同的現(xiàn)象。 基本要求：熟知外延生長(zhǎng)過(guò)程的定義，知道外延生長(zhǎng)過(guò)程是由外延化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與外延結(jié)晶過(guò)程的連續(xù)、不斷、重復(fù)進(jìn)行構(gòu)成的。知道在{111}面上進(jìn)行四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)原理，其反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)中的狀態(tài)、反應(yīng)中的步驟、化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)和副反應(yīng)（包含逆反應(yīng)）；知道化學(xué)反應(yīng)的副反應(yīng)（包含逆反應(yīng)）對(duì)外延生長(zhǎng)的不利影響，以及是如何影響的；清楚為什么該外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)不能一步進(jìn)行，而兩步進(jìn)行的可能性更大；清楚最可能的第二步反應(yīng)是歧化反應(yīng)，歧化反應(yīng)是如何定義的；清楚的知道外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)步驟，知道每一步的具體內(nèi)容；清楚副產(chǎn)物不能及時(shí)排出系統(tǒng)對(duì)外延帶來(lái)得弊端。知道四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理，了解其外延生長(zhǎng)的結(jié)晶過(guò)程，是如何由化學(xué)反應(yīng)得到的高能、游離態(tài)硅原子通過(guò)加接而形成一層外延層完美表面的，而一定厚度的外延層是如何獲得的；知道結(jié)晶學(xué)的成核理論，從結(jié)晶學(xué)理論是如何根據(jù)原子團(tuán)半徑來(lái)決定成核條件的、從共價(jià)鍵理論又是如何表明單原子直接加接和雙原子同時(shí)加接不能形成穩(wěn)定晶核的，而形成穩(wěn)定晶核至少需要三個(gè)或三個(gè)以上的原子同時(shí)加接；清楚晶核擴(kuò)展理論，知道為什么在晶核上單原子直接加接和雙原子同時(shí)加接均能形成穩(wěn)定的加接，而使晶核得到擴(kuò)展；知道結(jié)晶體的形成、結(jié)晶體擴(kuò)展理論，清楚為什么由于原子在晶核上加接、沿六個(gè)[110]向和六個(gè)[112]向擴(kuò)展的結(jié)果是形成六棱結(jié)晶體，而且該六棱結(jié)晶體還是非對(duì)稱的；知道外延層的平坦擴(kuò)展理論和厚度長(zhǎng)成理論，即知道為什么不會(huì)在沒(méi)長(zhǎng)平的外延層表面上形成新的晶核，知道外延生長(zhǎng)結(jié)晶過(guò)程重復(fù)不斷進(jìn)行即可獲得所要求厚度的外延層。知道外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)原理，即由此進(jìn)行外延系統(tǒng)分析和外延模型的建立、分析，從而得到外延生長(zhǎng)速率表達(dá)式。關(guān)于外延系統(tǒng)分析，知道為什么實(shí)際外延生長(zhǎng)系統(tǒng)是一個(gè)流體系統(tǒng)，流體具有的粘滯性和連續(xù)性的具體含義及對(duì)外延過(guò)程的指導(dǎo)意義