硅外延層和襯底是半導(dǎo)體制造過(guò)程中的兩個(gè)重要組成部分。襯底是半導(dǎo)體芯片制造的基礎(chǔ)，主要由單晶硅材料制成。硅外延層是在襯底上加工生長(zhǎng)的一層硅材料，其材料特性與襯底相同。二者在成份、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上都有所不同。

一、襯底

襯底（substrate）是由半導(dǎo)體單晶材料制造而成的晶圓片，襯底可以直接進(jìn)入晶圓制造環(huán)節(jié)生產(chǎn)半導(dǎo)體器件，也可以進(jìn)行外延工藝加工生產(chǎn)外延片。襯底是晶圓（把晶圓切開(kāi)，就可以得到一個(gè)個(gè)的die，再封裝好就成為傳說(shuō)中的芯片）最底下（其實(shí)芯片的最底部一般還會(huì)鍍上一層背金，用做“地”連通，但是是在后道工序中制作的），承載整個(gè)支撐作用的底座（芯片里的摩天大樓就是建立在襯底之上的）。 如果把集成電路比喻成蓋房子，那么襯底就是地基。由于要起到支撐作用。這些材料在晶體結(jié)構(gòu)上，需要具有高度的一致性（比如高純度的單晶硅。只有地基穩(wěn)固了，才能保證上面蓋好房子）。

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二、外延

外延（epitaxy）是指在經(jīng)過(guò)切、磨、拋等仔細(xì)加工的單晶襯底上生長(zhǎng)一層新單晶的過(guò)程，新單晶可以與襯底為同一材料，也可以是不同材料（同質(zhì)外延或者是異質(zhì)外延）。 由于新生單晶層按襯底晶相延伸生長(zhǎng)，從而被稱(chēng)之為外延層（厚度通常為幾微米，以硅為例：硅外延生長(zhǎng)其意義是在具有一定晶向的硅單晶襯底上生長(zhǎng)一層具有和襯底相同晶向的電阻率與厚度不同的晶格結(jié)構(gòu)完整性好的晶體），而長(zhǎng)了外延層的襯底稱(chēng)為外延片（外延片=外延層+襯底）。器件制作在外延層上展開(kāi)。

外延片是很有價(jià)值的。比如，它通過(guò)在便宜的硅片上生長(zhǎng)一層薄薄的GaN外延，這樣用成熟（便宜）的第一代半導(dǎo)體材料做襯底，來(lái)(部分)實(shí)現(xiàn)第三代半導(dǎo)體（非常貴）寬禁帶的特性，可謂是相當(dāng)劃算。但是像這種異質(zhì)外延的結(jié)構(gòu)，也存在很多問(wèn)題，比如晶格失配（可以理解為把腳手架搭在塑料地基上）、溫度系數(shù)不一致（熱脹冷縮，溫度變化時(shí)，不同材質(zhì)肯定存在問(wèn)題）、熱傳導(dǎo)不良（Si的導(dǎo)熱性很差的）等等。

外延分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延，其中同質(zhì)外延是在襯底上生長(zhǎng)與襯底相同材料的外延層，同質(zhì)外延的意義在哪兒？——提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性。雖然同質(zhì)外延是生長(zhǎng)與襯底相同材料的外延層，雖然材料相同，但可以提升晶圓表面的材料純度和均勻度，通過(guò)外延處理的襯底，相比于機(jī)械拋光的拋光片，其表面平整度高、潔凈度高、微缺陷少、表面雜質(zhì)少，因此電阻率更加均勻，對(duì)于表面顆粒、層錯(cuò)、位錯(cuò)等缺陷也更容易控制。外延不僅僅提高了產(chǎn)品的性能，也能保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

我們通常所說(shuō)的第一、二、三、四代半導(dǎo)體，就是根據(jù)襯底或外延的材質(zhì)來(lái)劃分的。就是說(shuō)，只要你用到了新一代的材料，不管是襯底還是外延，就都可以自稱(chēng)是新一代的半導(dǎo)體。比如說(shuō)，你用單晶硅做襯底，然后在上面生長(zhǎng)GaN外延，因?yàn)橛玫降牟牧侠镉蠫aN，所以硅基GaN也算是第三代半導(dǎo)體。

審核編輯：黃飛

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