襯底和外延有什么區別？

在半導體產業鏈中，特別是第三代半導體（寬禁帶半導體）產業鏈中，會有襯底及外延層之分，那外延層的存在有何意義？和襯底的區別是什么呢？

在晶圓制備過程中，存在兩個核心環節：一是襯底的制備，二是外延工藝的實施。襯底，這塊由半導體單晶材料精心打造的晶圓片，可以作為基礎直接投入晶圓制造的流程來生產半導體器件，或者進一步通過外延工藝來增強性能。

那么，什么是外延呢？簡而言之，外延就是在經過精細處理（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，這樣可以根據需要來實現同質或異質外延。因為新生長的單晶層會按照襯底的晶相進行擴展，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、晶格結構完美的硅單晶層。當外延層生長在襯底上后，整體就稱為外延片。

對于傳統的硅半導體產業來說，直接在硅片上制作高頻大功率器件會遇到一些技術難題，如集電區的高擊穿電壓、小串聯電阻和小飽和壓降的要求難以實現。而外延技術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，進而降低了飽和壓降，從而實現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體材料的氣相外延、液相外延等外延技術也都得到很大的發展，已成為絕大多數微波器件、光電器件、功率器件等制作不可缺少的工藝技術，特別是分子束、金屬有機氣相外延技術在薄層、超晶格、量子阱、應變超晶格、原子級薄層外延方面的成功應用，為半導體研究的新領域“能帶工程”的開拓打下了夯實的基礎。

就第三代半導體器件而言，這類半導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直接決定著SiC器件的各項電學性能。高電壓應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提出新的要求。因此，碳化硅外延技術對于碳化硅器件性能的充分發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量SiC外延片，外延層的制作是寬禁帶半導體產業重要的一環。

來源：先進半導體材料