襯底和外延有什么區(qū)別？

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，特別是第三代半導(dǎo)體（寬禁帶半導(dǎo)體）產(chǎn)業(yè)鏈中，會(huì)有襯底及外延層之分，那外延層的存在有何意義？和襯底的區(qū)別是什么呢？

在晶圓制備過程中，存在兩個(gè)核心環(huán)節(jié)：一是襯底的制備，二是外延工藝的實(shí)施。襯底，這塊由半導(dǎo)體單晶材料精心打造的晶圓片，可以作為基礎(chǔ)直接投入晶圓制造的流程來生產(chǎn)半導(dǎo)體器件，或者進(jìn)一步通過外延工藝來增強(qiáng)性能。

那么，什么是外延呢？簡而言之，外延就是在經(jīng)過精細(xì)處理（切割、磨削、拋光等）的單晶襯底之上，再生長一層新的單晶。這層新單晶與襯底可以是同種材料，也可以是不同材料，這樣可以根據(jù)需要來實(shí)現(xiàn)同質(zhì)或異質(zhì)外延。因?yàn)樾律L的單晶層會(huì)按照襯底的晶相進(jìn)行擴(kuò)展，所以被稱為外延層。它的厚度一般只有幾微米，以硅為例，硅外延生長就是在具有特定晶向的硅單晶襯底上，再生長一層與襯底晶向相同、電阻率和厚度可控的、晶格結(jié)構(gòu)完美的硅單晶層。當(dāng)外延層生長在襯底上后，整體就稱為外延片。

對于傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，直接在硅片上制作高頻大功率器件會(huì)遇到一些技術(shù)難題，如集電區(qū)的高擊穿電壓、小串聯(lián)電阻和小飽和壓降的要求難以實(shí)現(xiàn)。而外延技術(shù)的引入巧妙地解決了這些問題。解決的方法是：在低電阻率的硅襯底上生長一層高電阻率的外延層，然后在高電阻率的外延層上制作器件。這樣，高電阻率的外延層為器件提供了高的擊穿電壓，而低電阻率的襯底則減小了基片的電阻，進(jìn)而降低了飽和壓降，從而實(shí)現(xiàn)了高擊穿電壓與小電阻、小壓降之間的平衡。

此外，GaAs等Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族以及其他分子化合物半導(dǎo)體材料的氣相外延、液相外延等外延技術(shù)也都得到很大的發(fā)展，已成為絕大多數(shù)微波器件、光電器件、功率器件等制作不可缺少的工藝技術(shù)，特別是分子束、金屬有機(jī)氣相外延技術(shù)在薄層、超晶格、量子阱、應(yīng)變超晶格、原子級薄層外延方面的成功應(yīng)用，為半導(dǎo)體研究的新領(lǐng)域“能帶工程”的開拓打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

就第三代半導(dǎo)體器件而言，這類半導(dǎo)體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底。SiC外延材料的厚度、背景載流子濃度等參數(shù)直接決定著SiC器件的各項(xiàng)電學(xué)性能。高電壓應(yīng)用的碳化硅器件對于外延材料的厚度、背景載流子濃度等參數(shù)提出新的要求。因此，碳化硅外延技術(shù)對于碳化硅器件性能的充分發(fā)揮具有決定性的作用，幾乎所有SiC功率器件的制備均是基于高質(zhì)量SiC外延片，外延層的制作是寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重要的一環(huán)。

來源：先進(jìn)半導(dǎo)體材料