【文章內(nèi)容簡介】 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外延（反外延）；由外延的生長環(huán)境狀態(tài)可分為 液相外延、氣相外延和分子束外延；由外延過程中的生長機構可分為直接外延和間接外延。對外延技術做了簡單的介紹，給出了外延技術和外延層的定義；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。對在集成電路制造中常見的外延工藝做了概述。對硅外延工藝，介紹了其典型外延裝置，包括了臥式外延反應器裝置、立式外延反應器裝置和桶式外延反應器裝置；以氫氣還原四氯化硅的典型臥式外延反應器裝置為例進行了設備介紹，該設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〉頻感應信號爐 、可通冷卻水的銅感應線圈、靠產(chǎn)生渦流加熱的石墨基座）、測溫裝置及石英管構成的反應器；對硅外延可進行的化學反應進行了討論，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。對砷化鎵外延工藝，主要介紹了三類外延方法中常見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，介紹了液相外延應注意的幾個問題、介紹了液相外延生長系統(tǒng)（水平生長系統(tǒng)和垂直生長系統(tǒng)），由于水平生長系統(tǒng)較為常用，所以重點介紹了各種水平液相生長系統(tǒng)。課程難點：外延的定義、外延技術的定義、外延層的定義。在外延分類中，按外延材料不同分類時所包含的種類及其定義；按器件制作的層次不同分類時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所包含的種類及其定義；按外延生長環(huán)境狀態(tài)不同分類時所包含的種類及其定義；按外延生長機構不同分類時所包含的種類及其定義。外延技術解決了半導體集成電路制造中哪些難題？是如何解決的。對于半導體集成電路制造中常見的外延技術，關于硅外延技術的典型生長裝置、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）可進行的化學反應；關于砷化鎵外延技術的兩種外延類型、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）各自的工藝過程和化學反應狀況、液相外延工藝中應注意的問題和幾種實際外延系統(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；在排列時控制有關工藝條件，使排列的結(jié)果形成具有一定導電類型、一定電阻率、一定厚度。晶格完美的新單晶層的過程。2 硅外延生長硅外延層的外延生長過程。3砷化鎵外延生長砷化鎵外延層的外延生長過程。4 同質(zhì)外延生長的外延層材料與襯底材料結(jié)構相同的外延生長過程。5 異質(zhì)外延生長的外延層材料與襯底材料結(jié)構不同的外延生長過程。6 正外延在（外延/襯底）結(jié)構上制造器件時器件制造在外延層上的前期外延生長過程。7負外延（反外延）在（外延/襯底）結(jié)構上制造器件時器件制造在襯底上的前期外延生長過程。8液相外延襯底片的待生長面浸入外延生長的液體環(huán)境中生長外延層的外延生長過程。9氣相外延在含有外延生長所需原子的化合物的氣相環(huán)境中，通過一定方法獲取外延生長所需原子，使其按規(guī)定要求排列而生成外延層的外延生長過程。10 分子束外延在高真空中，外延生長所需原子（無中間化學反應過程）由源直接轉(zhuǎn)移到待生長表面上，按規(guī)定要求排列生成外延層的外延生長過程。11 直接外延整個外延層生長中無中間化學反應過程的外延生長過程。12間接外延外延所需的原子由含其基元的化合物經(jīng)化學反應得到，然后淀積、加接形成外延層的外延生長過程。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外延技術生長外延層的技術?；疽螅毫私馔庋蛹夹g解決了半導體分離器件和集成電路制造中存在的哪些難題？為什么說外延技術解決了器件參數(shù)對材料要求的矛盾、是什么矛盾、如何解決的？為什么說外延技術提供了集成電路隔離的一種方法、什么方法？為什么說外延技術為發(fā)光器件、光學器件的異質(zhì)結(jié)形成提供了途徑？要求知道外延技術是如何分類的、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。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程中的所有可能的化學反應；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及液相外延反應系統(tǒng)、氣相外延的兩種外延工藝及其外延過程中的所有化學反應。 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過程1 化學原理 四氯化硅的氫氣還原機理 為吸熱反應 伴有有害副反應 整個反應過程分兩步進行 反應步驟分析 四氯化硅質(zhì)量轉(zhuǎn)移到生長層表面 四氯化硅在生長層表面被吸附 在生長層表面上四氯化硅與氫氣反應 副產(chǎn)物的排除 硅原子在生長層表面的加接2 {111}面硅外延生長的結(jié)晶學原理 晶核的形成 結(jié)晶學核化理論 共價鍵理論 結(jié)晶體的形成 晶核沿六個[110]向和六個[112]向擴展 （111）面上的結(jié)晶體是六棱形的 （111）面上的六棱形結(jié)晶體是非對稱的 生長面的平坦擴展167。 外延系統(tǒng)及外延生長速率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)量附面的厚度表達式3 外延生長速率 外延生長模型的建立 外延生長速率 外延生長速率的表達式 兩種極限條件下的外延生長速率4 影響外延生長速率的諸因素 與溫度的關系 化學反應速率常數(shù)與溫度的關系 氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)與溫度的關系 實際外延溫度的選擇 與反應劑濃度的關系 與氣體流量的關系 與襯底片位置量的關系5 改善外延生長前后不均勻的工藝措施 適當增大混合氣體的流量 使基座相對氣流傾斜一小角度 課程重點：本節(jié)以四氯化硅的氫氣還原法外延生長作為重點，討論了在{111}面上進行硅外延的所有化學反應機理和結(jié)晶生長原理。根據(jù)分析可知：整個外延過程實際上是外延生長的化學反應過程與外延生長的結(jié)晶過程的連續(xù)地、不斷地、重復進行的綜合過程。本節(jié)討論了外延生長的化學反應原理。由化學反應方程式分析可知：四氯化硅的氫氣還原反應是一個吸熱反應，只有當外延生長溫度大于一千度時，才有明顯的化學反應速率，才不影響外延生長的進行；四氯化硅的氫氣還原反應伴有若干副反應，這些副反應是指反應劑四氯化硅和反應副產(chǎn)物氯化氫對生長層（襯底）的腐蝕反應，副反應的存在和加強顯然會影響和嚴重影響外延生長速率，本節(jié)介紹了這些影響、并對保正外延向正方向進行提出了調(diào)控措施；由對化學反應模式分析可知：外延生長的化學反應過程是由兩步完成的，其基于化學反應的分子碰撞理論。本節(jié)對化學反應的反應步驟進行了分析，它包含了反應劑四氯化硅由氣相向生長層表面的質(zhì)量轉(zhuǎn)移、反應劑四氯化硅在生長層表面被吸附、在生長層表面反應劑四氯化硅與還原劑氫氣反應、反應生成的副產(chǎn)物的排出和反應生成的高能、游離態(tài)硅原子的淀積、加接等若干過程，而高能、游離態(tài)硅原子的如何淀積、加接是外延生長的結(jié)晶學原理。本節(jié)介紹了外延生長的結(jié)晶學過程和結(jié)晶學原理，其結(jié)晶學過程是由化學反應獲得的高能、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、晶核擴大→形成若干分立（非對稱六棱形的）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→再晶核擴大→…→形成一定厚度的外延新單晶層；基于上述外延生長的結(jié)晶學過程本節(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)晶學上的限制、為什么在{111}面上的結(jié)晶體是非對稱六棱形的等等結(jié)晶學問題和原理進行了討論。本節(jié)還對 外延系統(tǒng)及外延生長速率進行了介紹和討論。關于外延生長系統(tǒng)，對典型的臥式外延生長反應器系統(tǒng)進行了形態(tài)討論，指出外延生長反應系統(tǒng)是一個流體系統(tǒng)、介紹了流體的兩個性質(zhì)、給出了流體的兩種流動形態(tài)、流體形態(tài)判據(jù)和判定、以及對實際外延系統(tǒng)中的流體形態(tài)進行了討論，在本部分討論中涉及了部分流體力學的內(nèi)容。為了更好的討論外延生長速率，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，同時給出了速度附面層的厚度表達式；由于速度附面層的存在，導致外延基座上方的極小區(qū)域內(nèi)存在反應劑濃度的變化，由此引入了質(zhì)量附面層的概念，同時給出了質(zhì)量附面層的厚度表達式。在外延生長速率的討論中，建立了外延生長模型、由模型討論得到了外延生長速率的表達式、對外延生長速率的表達式進行了極限分析；討論了影響外延生長速率的溫度因素、反應劑濃度因素、混合氣體流量因素、以及在外延生長系統(tǒng)中，襯底片位置量的變化外延生長速率的影響；為了改善外延生長前后不均勻的現(xiàn)象，本節(jié)給出了兩個工藝措施。 課程難點：首先要對外延生長過程有一個整體的概念。在{111}面上進行四氯化硅的氫氣還原外延生長的化學反應原理，其反應過程、反應中的狀態(tài)、反應中的步驟、化學反應的正反應和副反應（包含逆反應）。四氯化硅的氫氣還原外延生長的結(jié)晶學原理，其外延生長的結(jié)晶過程、結(jié)晶學的成核理論（結(jié)晶學理論和共價鍵理論）、晶核擴展理論、結(jié)晶體的形成、結(jié)晶體擴展理論、以及外延層的厚度長成和平坦擴展理論。實際臥式外延反應系統(tǒng)的分析，為流體系統(tǒng)、具有流體的兩個特性、流體的兩種流動形態(tài)、流體流形的判據(jù)和判定、實際外延系統(tǒng)的流體流形。外延生長系統(tǒng)中兩個附面層的定義、表達式及對外延生長的指導意義。外延模型的建立、理解和分析；外延模型對推導外延生長速率的指導意義；應用外延生長速率簡化表達式的極限條件分析；影響外延生長速率的各種因素討論及分析?；靖拍睿? 1 外延生長過程外延化學反應過程與外延結(jié)晶過程的連續(xù)、不斷、重復進行的全過程。 2歧化特性指一種物質(zhì)在同一個反應中既起氧化劑的作用又起還原劑作用的性質(zhì)。 3 歧化反應符合歧化特性的化學反應。 4表面吸附指固體表面對氣相物質(zhì)的吸引、固定。 5 流體的粘滯性當流體饒流固體表面時，由于分子（原子）間的作用力（吸引力），使原來等速流進的流體在固體表面上方出現(xiàn)非等速流進的的現(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)性指流體是由無數(shù)連續(xù)運動的微團構成，在自然界無間斷點的性質(zhì)。 7流體的紊流態(tài)指流體中連續(xù)運動的微團運動處于雜亂無章的狀態(tài)，也稱湍流態(tài)。 8流體的層流態(tài)指流體中連續(xù)運動的微團運動有序，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)，反應劑濃度（質(zhì)量）有較大變化的區(qū)域。 11反應劑的氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)單位時間內(nèi)，由氣相到達單位面積表面的反應劑粒子數(shù)。 12 自摻雜效應——指在外延過程中，氣氛對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：熟知外延生長過程的定義，知道外延生長過程是由外延化學反應過程與外延結(jié)晶過程的連續(xù)、不斷、重復進行構成的。知道在{111}面上進行四氯化硅的氫氣還原外延生長的化學反應原理，其反應過程、反應中的狀態(tài)、反應中的步驟、化學反應的正反應和副反應（包含逆反應）；知道化學反應的副反應（包含逆反應）對外延生長的不利影響，以及是如何影響的；清楚為什么該外延生長的化學反應不能一步進行，而兩步進行的可能性更大；清楚最可能的第二步反應是歧化反應，歧化反應是如何定義的；清楚的知道外延生長的化學反應步驟，知道每一步的具體內(nèi)容；清楚副產(chǎn)物不能及時排出系統(tǒng)對外延帶來得弊端。知道四氯化硅的氫氣還原外延生長的結(jié)晶學原理，了解其外延生長的結(jié)晶過程，是如何由化學反應得到的高能、游離態(tài)硅原子通過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)晶學的成核理論，從結(jié)晶學理論是如何根據(jù)原子團半徑來決定成核條件的、從共價鍵理論又是如何表明單原子直接加接和雙原子同時加接不能形成穩(wěn)定晶核的，而形成穩(wěn)定晶核至少需要三個或三個以上的原子同時加接；清楚晶核擴展理論，知道為什么在晶核上單原子直接加接和雙原子同時加接均能形成穩(wěn)定的加接，而使晶核得到擴展；知道結(jié)晶體的形成、結(jié)晶體擴展理論，清楚為什么由于原子在晶核上加接、沿六個[110]向和六個[112]向擴展的結(jié)果是形成六棱結(jié)晶體，而且該六棱結(jié)晶體還是非對稱的；知道外延層的平坦擴展理論和厚度長成理論，即知道為什么不會在沒長平的外延層表面上形成新的晶核，知道外延生長結(jié)晶過程重復不斷進行即可獲得所要求厚度的外延層。知道外延生長的動力學原理，即由此進行外延系統(tǒng)分析和外延模型的建立、分析，從而得到外延生長速率表達式。關于外延系統(tǒng)分析，知道為什么實際外延生長系統(tǒng)是一個流體系統(tǒng)，流體具有的粘滯性和連續(xù)性的具體含義及對外延過程的指導意義