外延
在制造高频功率器件时，往往遇到一个击穿电压与集电极串联电阻对集电极材料电阻率的要求矛盾的问题，这时如果在低电阻率的单晶硅上外延生长一层高阻的外延层，器件做在外延层上，就能很好地解决以上的矛盾。外延层高电阻率保证击穿电压，低电阻率衬底使集电极串联电阻降低，减少器件功率损耗。
在单晶硅衬底上沿着原来的结晶轴方向延伸生长一层导电类型、电阻率、厚度和晶格结构及其完整性都符合要求的新的单晶层的过程叫做外延，这层新的单晶层叫做外延层。若外延层结构和性质与衬底材料相同叫做同质外延，反之叫异质外延。根据外延层在器件制造中的作用来分，器件直接做在外延层上的叫做正外延，做在原单晶层上，低阻的外延层反过来作为支撑衬底的叫反外延。
外延方法主要有气相外延、液相外延、真空蒸发、高频溅射、分子束外延等，生产中常用的是硅的气相外延法。 气相外延生长机理
硅的气相外延是硅的气态化合物在加热的硅衬底表面与氢发生反应或自身热分解还原成硅，并以单晶的形式淀积在硅衬底表面的过程。具体包括：
（1）反应剂分子以扩散方式从气相转移到生长层表面； （2）反应剂分子被生长层吸附；
（3）被吸附的反应剂分子在生长层表面完成化学反应，产生硅及其它副产品； （4）副产品分子从表面解析，随着气流排出反应腔；
（5）反应生成的硅原子形成晶格，或加接到晶格点阵上，形成单晶外延层。 外延方法通常有SiCl4氢还原法和SiH4热分解法，两种化学反应方程式分别为：
SiCl4+2H2=Si+4HCl （1200℃） SiH4=Si+2H2 （1100℃） 外延层的杂质分布
外延层必须是经过掺杂的单晶层。从器件制造的角度考虑，总希望外延层具有均匀的一定量的单一杂质分布，而且要求外延层与衬底界面处杂质分布浓度陡峭一些。
SiCl4氢还原法外延由于在高达1200℃高温下进行，衬底与外延层中杂质相互扩散，从而使衬底与外延层形成杂质浓度缓变分布，这就是外延中的扩散效应。这种效应是可逆的，生成的HCl对硅有腐蚀作用。在衬底腐蚀的同时其中杂质就释放出来，加之在高温外延过程中，高掺杂衬底中的杂质也会挥发，此外整个外延层系统中也存在杂质的沾污源，这三种因素造成的自掺杂效应严重影响了外延的杂质分布，外延电阻率做高也不容易。
SiH4热分解法反应温度低，其化学反应激活能是1.6eV，比SiCl4小0.3eV，可以在1100℃时获得与1200℃下SiCl4反应时相当的生长速率，同时这种方法不产生HCl，无反应腐蚀问题，因而扩散效应和自掺杂现象不如SiCl4严重。如果采用“背封”技术和“二步法”外延，用SiH4热分解法就能获得较为理想的突变结和浓度分布。
虽然SiH4热分解法外延有其好处，但是由于SiCl4氢还原法操作安全，SiCl4易纯化，
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且工艺成熟，目前仍然是生产中常用的方法。 外延系统和工艺过程
外延系统装置包括：气体分配及控制系统、加热和测温装置、反应室、废气处理装置。 工艺过程包括：
（1） 衬底和基座处理：衬底处理主要是为了去除衬底圆片表面氧化层及尘粒，冲
洗干燥后放入石墨基座内。对于已经用过的石墨基座应预先经过HCl腐蚀，去除前次外延留在上面的硅。
（2） 掺杂剂配制：掺杂剂有气态源，如磷烷PH3，硼烷B2H6等；液态源如POCl3、
BBr3等，不同的器件对外延层电阻率及导电类型要求不同，必须根据电阻率精确控制掺杂源的用量。
（3） 外延生长：主要程序为：装炉——通气，先通氮气再通氢气——升温——衬
底热处理或HCl抛光——外延生长——氢气冲洗——降温——氮气冲洗。当基座温度降到300℃以下时开炉取片。 外延质量和检验
外延层质量应满足：晶体结构完整、电阻率精确而均匀、外延层厚度均匀且在范围内、表面光洁，无氧化和白雾、表面缺陷（角锥体、乳突、星形缺陷等）和体内缺陷（位错、层错、滑移线等）要少。
外延质量检验内容包括：电阻率、杂质浓度分布、外延层厚度、少子寿命及迁移率、夹层位错与层错密度、表面缺陷等。生产中通常检测项目是缺陷密度、电阻率和外延层厚度。外延层厚度测量方法有层错法、磨角或滚槽染色法、直读法、红外干涉法等。电阻率测量的方法有四探针法、三探针法、电容—电压法、扩展电阻法，对于外延层电阻率较高或者厚度较薄的外延层往往采用电容—电压法、扩展电阻法等。
晶体缺陷包括体内和表面缺陷，体内缺陷包括位错和层错。 位错通常由衬底中的位错延伸而成，当衬底表面存在机械损伤，片子在升降温过程中遭受巨大热冲击时，就会在晶体内产生大量位错，因此应该避免衬底硅片机械划伤和衬底不均匀升降温。位错的检验方法有铬酸化学腐蚀法、红外显微镜直接观察法、X射线衍射形貌照相法和扫描电子显微镜分析法等。
层错有外延层错和热氧化层错两种。当衬底表面存在划痕、杂质沾污、氧化物或局部杂质积累，而外延时晶核恰巧在这些不均匀区域内长大，就会破坏衬底原来的晶格原子的规则排列，造成外延层和衬底间的晶格失配。这是失配随着外延生长过程逐渐传播开来，一直到达晶体表面，成为区域性缺陷，这就是外延层错。防止外延层错，外延前先将衬底在外延炉反应室内进行HCl气相抛光，提高氢气浓度，控制好外延生长温度和速率等都是行之有效的方法。单位面积内的层错数量为层错密度。将外延片在按比例配成的二氧化铬、HF水溶液中腐蚀后，置于显微镜下观测，就能测出层错密度。
表面缺陷通过肉眼和显微镜可以直接观察到，主要有划痕、雾状、角锥体、乳突、星形缺陷、小丘和雪球、麻坑、弯曲、图形漂移和畸变等，主要形成原因是操作不当，环境不洁、衬底制备不良、生长条件不适当等，采用相对措施即可降低层错密度。
铬酸腐蚀法检验位错：
1）将硅片在321硅腐蚀液中腐蚀，腐蚀厚度大约为（20—30）μm；
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2）配制腐蚀液：
原液：三氧化二铬：纯水=1：2
铬酸腐蚀液：原液：40%HF溶液=1：1 硅片在腐蚀液中浸泡（3-4）min； 3）用纯水冲洗干净后甩干；
4）在显微镜下观察，测出位错密度。
三扩
为了解决器件高击穿电压与低集电极电阻对衬底材料电阻率要求的矛盾，从而采用在外延层上做芯片。但是目前国内高阻外延尚不能将电阻率做得足够高，如果器件不仅仅反向击穿高，而且结深也相当深，那就要求外延层既要高阻又要很厚，这在实际生产上会遇到一定的困难，于是产生了一种叫做“三重扩散”的硅片材料工艺。
在低掺杂的N型单晶硅片上进行较长时间N型杂质扩散，形成N+NN+结构，然后通过磨片抛光去掉一面N+层剩下NN+两层，以扩散层N+为衬底支撑，在N层即原衬底上做芯片，这种工艺叫做三重扩散（通常晶体管制作只有基区扩散和发射区扩散，这是第三种扩散；从字面意义上来说，三重扩散应该包括了基区扩散和发射区扩散在内的三次扩散）。在三扩工艺中做芯片的高阻层的厚度必须严格控制，其由磨抛工艺决定，它的电阻率则根据器件品种对反向击穿电压的要求进行选择确定。
三扩的作用类似于反外延，由于扩散沿着结深存在杂质浓度梯度，不像外延片的低阻层那样纵向分布均匀，因此做出的晶体管饱和压降不如外延片好，但是三扩采用成熟的常规扩散工艺，简便易行，可靠稳定，因此在生产中大量应用。
三扩工序的基本流程是：前处理——腐蚀——预淀积——中处理——主扩散——后处理——氧化——检验——修片，具体步骤为： 清洗处理
在十二槽自动清洗机中进行，每个槽中需要超声清洗，每个槽的溶液分别为： 一槽：上料；
二槽：5%HF溶液； 三槽：5%HF溶液； 四槽：纯水；
五槽：0.4%NaOH溶液+3F高纯清洗剂+H2O的混合液； 六槽：温纯水；
七槽：0.4%NaOH溶液+3F高纯清洗剂+H2O的混合液； 八槽：温纯水； 九槽：纯水； 十槽：纯水； 十一槽：纯水； 十二槽：下料。
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前处理
材料片前处理在十二槽自动清洗机中进行，每个槽的浸泡时间为300S。 腐蚀
将材料片浸入321硅腐蚀液中，将硅片表面腐蚀掉一定厚度，大约在10μm左右，硅腐蚀液的温度和腐蚀速度有很大关系，如果温度过高，难以控制腐蚀速度，腐蚀速度也与腐蚀液新旧有关，因此为了控制腐蚀量，常在腐蚀后用千分表测试腐蚀量，如果腐蚀量没有达到要求继续腐蚀；
硅片腐蚀后需要冲纯水，再甩干。 预淀积
扩散炉炉管预热到1000℃之后，将载有硅片的石英舟中按照一定速度慢慢推进炉管后，炉管加热升温至1200℃，并且炉管中通入O2和N2，N型扩散采用POCl3作为扩散源，利用N2携带的方式进入炉管，并且源温控制在（20±1）℃。经过大约（110±10）min（视情况而定，通入POCl3时间）预淀积后，炉管内慢慢降低至1000℃后，将石英舟慢慢拉出。待硅片自然冷却后，需要测试预淀积硅片表面的电阻率。电阻率的测试是利用陪片，首先用40%的HF溶液将陪片腐蚀，然后冲水后烘干，再利用四探针测试仪测试陪片表面电阻率。预淀积后硅片表面的电阻率要求控制在一定范围，如果电阻率大于范围值，需要减少预淀积时间，如果电阻率小于范围值，需要再进行预淀积。
POCl3和氧气反应生成单质P、偏磷酸和氯的化合物。 中处理
预扩片中处理在十二槽自动清洗机中进行，每个槽的浸泡时间为400S。 主扩散
主扩散是利用碳化硅舟进行，将硅片依次紧靠放入碳化硅舟中，硅片与硅片之间以及舟底都要撒上二氧化硅粉，以免高温扩散时硅片粘结在一起，两端用碳化硅挡板挡好。将扩散炉炉管预热到800℃之后，将载有硅片的碳化硅舟中按照一定速度慢慢推进炉管后，炉管加热升温至1286℃，经过大约200小时（视情况而定）扩散后，炉管内慢慢降低至800℃后，将舟慢慢拉出。
待硅片自然冷却后，需要测试硅片表面的参数： 1）电阻率：利用四探针测试仪测试；
2）结深：在结深测试仪上利用微细刚玉粉将硅片的边缘磨出一个斜面，并且用溶剂对扩散区域进行染色，利用显微镜可以测出斜面染色区域的长度和斜面长度以及硅片厚度，根据三角形相似的方法可以求出结深。
3）表面：检验硅片的翘曲、沾污等。
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后处理
三扩片后处理在十二槽自动清洗机中进行，每个槽的浸泡时间为500S。 氧化
扩散炉炉管预热到600℃之后，将载有硅片的石英舟中按照一定速度慢慢推进炉管后，炉管加热升温至1200℃，并且炉管中通入O2，氧化一般采用水汽氧化。在水汽发生装置的瓶中装入不超过2/3的纯水，将其加热到100℃纯水沸腾，利用O2将水蒸汽携带或者直接进入炉管中。经过大约（3.5±0.5）小时（视情况而定）氧化后，炉管内慢慢降低至600℃后，将石英舟慢慢拉出。
待硅片自然冷却后，利用膜厚测试仪测试硅片表面氧化层的厚度。 检验
氧化后需要检验的项目有：
1、氧化层厚度：利用膜厚测试仪测试；
2、外观检查：缺口、崩边、划伤、裂缝、凹坑、沾污等。 修片
检查硅片边缘是否有缺口或者毛刺，锐利的边缘部分容易剥落，并且会在以后的加工过程中产生碎屑，因此需要修片。修片利用修片机上旋转的砂轮将硅片边缘打磨平，硅片需要垂直放在旋转砂轮打磨位置的切线方向上。
检验修片后的三扩片就可以进行单面磨抛（OSL）。
编批打标
硅片来料检验（厚度、电阻率、表面等）后，在投料前要进行编批、打标。 在编批车间的硅片分为几类：
外延片：一般会在标签上标明衬底参数：厚度、半径、晶向、掺杂类型（N型或P型）以及杂质类型（掺P或者As、B等）、电阻率等，外延层参数有：外延厚度、掺杂类型（N型或P型）以及杂质类型（掺P或者As、B等），电阻率等，光面为外延面，在光面打上标记。
经过氧化工艺后的单晶片：一般会在标签上标明衬底参数：厚度、半径、晶向、掺杂类型（N型或P型）以及杂质类型（掺P或者As、B等）、电阻率等，光面为氧化层面，在光面打上标记。
双磨片：一般会在标签上标明衬底参数：厚度、半径、晶向、掺杂类型（N型或P型）以及杂质类型（掺P或者As、B等）、电阻率等，两边都很粗糙，不分正反面，打上标签后的一面为正面。
打标是利用激光打标机进行，设置程序后，把硅片放入就可以自动标号打标。有时机器
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