04微电子工艺基础外延

1、1221、什么是外延工艺？、什么是外延工艺？2、了解外延技术的特点和应用、了解外延技术的特点和应用3、掌握外延的分类、掌握外延的分类4、掌握气相外延的原理、步骤、掌握气相外延的原理、步骤5、了解分子束外延的实现方式和优点、了解分子束外延的实现方式和优点3344（1）外延定义：）外延定义：在单晶衬底上新生一层单晶膜的技术。生长有外延层的硅片称为外延片。以气相外延为例，则是含外延层材料的物质以气相形式流向衬底，在高温下发生化学反应，在单晶衬底上生长出与衬底取向一致的单晶。记作：P/Q（P为外延层）55生成的晶体结构良好生成的晶体结构良好掺入的杂质浓度易控制掺入的杂质浓度易控制可形成接近突变可形成接

2、近突变pnpn结的特点结的特点 （2）外延特点：）外延特点：66（3）外延分类：）外延分类： 按工艺分类按工艺分类A A 气相外延（气相外延（VPEVPE） 利用硅的气态化合物或者液态化合物的蒸汽，在加热的硅衬底表面和氢发生反应或自身发生分解还原出硅。77B B 液相外延（液相外延（LPELPE）衬底在液相中，液相中析出的物质并以单晶形式淀积在衬底表面的过程。此法广泛应用于III-V族化合半导体的生长。原因是化合物在高温下易分解，液相外延可以在较低的温度下完成。（3）外延分类：）外延分类： 按工艺分类按工艺分类88C 固相外延（固相外延（SPE） 固体物质通过物理淀积形成的外延层的技术固体物质

3、通过物理淀积形成的外延层的技术D 分子束外延（分子束外延（MBE）在超高真空条件下，利用薄膜组分元素受热蒸发所形成的原在超高真空条件下，利用薄膜组分元素受热蒸发所形成的原子或分子束，以很高的速度直接射到衬底表面，并在其上形子或分子束，以很高的速度直接射到衬底表面，并在其上形成外延层的技术。成外延层的技术。特点：生长时衬底温度低，外延膜的组分、掺杂浓度以及分布可以实现原子级的精确控制。 （3）外延分类：）外延分类： 按工艺分类按工艺分类99 按导电类型分类按导电类型分类n型外延：n/n, n/p外延p型外延：p/n, p/p外延（3）外延分类：）外延分类：1010 按按反应室形式反应室形式卧式：

4、卧式：产量大，设备结构简单；但是生成的外延层的厚度和电阻率产量大，设备结构简单；但是生成的外延层的厚度和电阻率 的均匀性较差，外延生长时易出现滑移位错及片子弯曲。的均匀性较差，外延生长时易出现滑移位错及片子弯曲。立式：维护容易，外延层的厚度和电阻率的均匀性及自掺杂效应能得到立式：维护容易，外延层的厚度和电阻率的均匀性及自掺杂效应能得到较好的控制；但设备大型化，制造难度大。较好的控制；但设备大型化，制造难度大。桶式：较好的防止外延滑移位错，外延层的厚度和电阻率的均匀性好；桶式：较好的防止外延滑移位错，外延层的厚度和电阻率的均匀性好； 但设备结构复杂，不易维护。但设备结构复杂，不易维护。 （3）外

5、延分类：）外延分类：1111 按按反应室形式反应室形式（3）外延分类：）外延分类：1212 按材料异同分类按材料异同分类同质外延（同质外延（autoepitaxy）：）：异质外延（异质外延（heteroepitaxy）：）： 外延层和衬底为同种材料外延层和衬底为同种材料 例如硅上外延硅。例如硅上外延硅。 外延层和衬底为不同种外延层和衬底为不同种 材料材料例如例如SOI(绝缘体上硅绝缘体上硅)是一是一种特殊的硅片，其结构的主要特种特殊的硅片，其结构的主要特点是在有源层和衬底层之间插入点是在有源层和衬底层之间插入绝缘层绝缘层 埋氧层来隔断有源埋氧层来隔断有源层和衬底之间的电气连接层和衬底之间的电气

6、连接 ) （3）外延分类：）外延分类：1313 按电阻率高低分类按电阻率高低分类正外延：正外延：低阻衬底上外延高阻层低阻衬底上外延高阻层n/n+n/n+ 反外延：反外延：高阻衬底上外延低阻层高阻衬底上外延低阻层 （3）外延分类：）外延分类：1414 按温度（按温度（1000度界）度界） 按压力（常压、低压按压力（常压、低压）（3）外延分类：）外延分类：15151616（1） 原理原理在气相外延生长过程中，有两步在气相外延生长过程中，有两步：质量输运过程反应剂输运到衬底表面质量输运过程反应剂输运到衬底表面表面反应过程在衬底表面发生化学反应释放出硅原子表面反应过程在衬底表面发生化学反应释放出硅原子

7、 外延的过程外延的过程1717（1） 原理原理通常用的外延反应剂：通常用的外延反应剂：SiCl4 (*)、SiH2Cl2、 SiH4 、SiHCl3 外延反应剂外延反应剂1818 SiCl4外延反应剂外延反应剂SiCl4 2H2 Si + 4HCl（1200度左右）度左右） （生长，腐蚀）（生长，腐蚀）SiCl4 Si 2SiCl2 （腐蚀硅）（腐蚀硅）H2的作用：运载和稀释气体；的作用：运载和稀释气体； 还原剂还原剂上述两个反应的综合结果外延生长的同时伴随有衬上述两个反应的综合结果外延生长的同时伴随有衬底的腐蚀。底的腐蚀。（1） 原理原理1919原理图：原理图：（1） 原理原理2020 控制

8、外延速率很关键控制外延速率很关键过快可能造成：过快可能造成：多晶生长多晶生长 外延层中有过多的堆跺层错外延层中有过多的堆跺层错 夹渣夹渣2121 影响外延生长速率的因素影响外延生长速率的因素A 反应剂的浓度反应剂的浓度工业典型条件Y=0.005-0.012222 影响外延生长速率的因素影响外延生长速率的因素B 外延的温度外延的温度在实际生产中：外延温度选择在实际生产中：外延温度选择在在B区原因有二。区原因有二。a） B区的温度依赖型强；区的温度依赖型强；b） 淀积的硅原子也需要足够淀积的硅原子也需要足够的能量和迁移能力，高温的能量和迁移能力，高温2323 影响外延生长速率的因素影响外延生长速率

9、的因素C 气体流速气体流速由于由于1200高温下到达衬底表面高温下到达衬底表面的不会堆积：因此流速越大，的不会堆积：因此流速越大，外延层的生长速率越快。外延层的生长速率越快。2424 影响外延生长速率的因素影响外延生长速率的因素D 其它其它反应腔界面形状等。反应腔界面形状等。2525 系统要求系统要求 气密性好；气密性好；温度均匀；温度均匀；气流均匀；气流均匀；反应剂和掺杂剂的浓度和流量精确可控；反应剂和掺杂剂的浓度和流量精确可控；外延前能对衬底做气相抛光；外延前能对衬底做气相抛光；2626 工序（参见教材图工序（参见教材图12.35）27272828按器件对外延导电性和电阻率的要求，在外按器

10、件对外延导电性和电阻率的要求，在外延的同时掺入适量的杂质，这称为有意掺杂延的同时掺入适量的杂质，这称为有意掺杂。（1）有意掺杂）有意掺杂有意掺杂的掺杂剂：通常为氢化物或者氯化物有意掺杂的掺杂剂：通常为氢化物或者氯化物例如：例如：N型为型为PH3 、 AsH3、PCl3、 AsCl3例如：例如：P型为型为B2H6剧毒剧毒2929掺杂剂的掺杂也包括质量传输和表面化学反应过程。掺杂剂的掺杂也包括质量传输和表面化学反应过程。（1）有意掺杂）有意掺杂外延层的掺杂量影响因素：外延层的掺杂量影响因素： A 掺杂剂的浓度掺杂剂的浓度 B 衬底温度衬底温度 C 淀积速率等其他因素淀积速率等其他因素3030（1）

11、有意掺杂）有意掺杂外延层的掺杂浓度与外延层的掺杂浓度与掺杂剂初始分压的关掺杂剂初始分压的关系：系：3131（2）自掺杂（可参考教材）自掺杂（可参考教材P258中间部分）中间部分）大多数大多数VLSI电路要求在重掺杂（电路要求在重掺杂（1019-1020cm-3）衬底上外延轻掺杂（衬底上外延轻掺杂（ 1014-1017cm-3 ）层。）层。外延层通常会有三个无意掺杂过程发生。外延层通常会有三个无意掺杂过程发生。衬底中的杂质因挥发等而进入气流，然后重新返回衬底中的杂质因挥发等而进入气流，然后重新返回外延层。外延层。32自掺杂效应自掺杂效应自掺杂效应自掺杂效应：在外延生长过程中，衬底或外延层中的杂质

12、进入边界层中，改变了边界层的掺杂成份和浓度，导致外延层中杂质的实际分布偏离理想情况。 在掺杂衬底上生长掺杂外延层时，因为自掺杂效应，外延层中的杂质浓度分布为：式中Cs为衬底中均匀分布的杂质浓度，Ceo为无限厚处外延层的杂质浓度。“+”和“-”分别对应 n/n+ (p/p+) 和 p/n+ (n/p+)型外延片。)1 ()(0XeXseeCeCxC33 在重掺杂衬底上生长含有相同导电类型的轻掺杂外延层时，杂质浓度分布右图中(a)所示。由图可以看到，杂质浓度的突变型分布是不能实现的。 在轻掺杂衬底上，生长不同导电类型的重掺杂外延层，杂质分布情况如图中(b)所示。由图可见，在外延过程中由于自掺杂效应

13、的影响，引起pn结位置的移动。34一、同时考虑扩散效应和自掺杂效应的杂质浓度分布一、同时考虑扩散效应和自掺杂效应的杂质浓度分布 同时考虑扩散效应和自掺杂效应，在重掺杂衬底上生长轻掺杂外延层时，衬底与外延层之间过渡区的杂质分布如右图。 紧靠近衬底的外延层(A区)，掺杂浓度高，这是因为在外延生长过程中掺杂剂从衬底扩散到外延层中。 与扩散速度相比外延生长速度要大得多，因此很快就抑制了这种影响。B区是自掺杂效应对过渡区的影响。 当外延层生长一定厚度时，自掺杂效应影响也降低，外延层中杂质浓度达到期望值。35(1) 为了减小B的自掺杂，在保证外延质量和速度的前提下，尽量降低外延生长温度；但对于As杂质无效

14、，As的自掺杂程度随着温度的降低而增强。(2) 对于n型衬底，应该使用蒸气压低并且扩散速率也低的杂质作为埋层杂质。如用Sb替代高蒸气压的As和高扩散速率的P。(3) 对于重掺杂的衬底，需要使用轻掺杂的硅来密封重掺杂衬底的底面和侧面，进而减少杂质的外逸。(4) 为了减小自掺杂，外延系统应当工作在低压条件下，此时气态杂质原子的扩散速率高，由衬底逸出的大部分杂质被主气流带出反应室。对As和P的效果显著，而对B的作用不明显。二、减小自掺杂效应影响的方法二、减小自掺杂效应影响的方法36(5) 可以使用经过离子注入的埋层来降低衬底表面的杂质浓度。(6) 可以在埋层或者衬底上先生长未掺杂的薄膜来避免衬底中的

15、杂质外逸，之后再进行原位掺杂。(7) 应当避免在高温下采用HCl对衬底进行腐蚀，或者在腐蚀之后使用低温气流除去因腐蚀外逸的杂质。37低压外延低压外延 为了为了减小自掺杂效应减小自掺杂效应，发展了低压外延工艺。低压外延的，发展了低压外延工艺。低压外延的压力一般在压力一般在11032104Pa之间。之间。 在低压情况下，杂质的扩散速度加快，由衬底逸出的杂质在低压情况下，杂质的扩散速度加快，由衬底逸出的杂质能快速穿越边界层而被排除到反应室，从而降低了自掺杂效应能快速穿越边界层而被排除到反应室，从而降低了自掺杂效应对外延层中杂质浓度和分布的影响，可以得到陡峭的杂质分布。对外延层中杂质浓度和分布的影响，

16、可以得到陡峭的杂质分布。 当压力变低时，当压力变低时，边界层厚度增加边界层厚度增加，似乎会延长杂质穿越边，似乎会延长杂质穿越边界层的时间，但比较而言，界层的时间，但比较而言，扩散速度加快的影响是主要的扩散速度加快的影响是主要的，虽，虽然边界层增厚，但杂质穿过边界层进入主气流所需时间同常压然边界层增厚，但杂质穿过边界层进入主气流所需时间同常压外延相比，还是大大缩短了。外延相比，还是大大缩短了。 38选择性外延选择性外延(SEG, Selective Epitaxial Growth)选择外延选择外延： 利用硅在利用硅在绝缘体上很难核化绝缘体上很难核化成膜成膜的特性，以的特性，以SiO2或或Si3

17、N4为为掩膜，在硅表面特定区域生长掩膜，在硅表面特定区域生长外延层的外延层的技术技术。存在问题：存在问题： 窗口边缘生长速率比中心的生长速率高，其比值取决于窗口的大小，降低生长速率可以在一定程度上控制这个比值。39 Si在SiO2或Si3N4上是异质外延，存在较大晶格失配，不易形成晶核。 对于选择外延，要进行外延的地方是窗口内或硅表面的凹陷处，这些地方的成核能较低。选择性：选择性：提高硅淀积选择性的因素：提高硅淀积选择性的因素：选择减压反应系统； 提高淀积温度；减少气流中硅源的摩尔分数；保证硅片和系统的清洁。4040（3）杂质外扩散（可参考教材）杂质外扩散（可参考教材P258中间部分）中间部分

18、）重掺杂衬底中的杂质通过热扩散进入外延层。重掺杂衬底中的杂质通过热扩散进入外延层。4141（3）杂质外扩散（可参考教材）杂质外扩散（可参考教材P258中间部分）中间部分）杂质分布曲线：（其中杂质分布曲线：（其中N（x） = N1 （x） + N2 （x） ）4242（3）杂质外扩散）杂质外扩散综合自掺杂效应和互扩散效应。杂质浓度分布曲线综合自掺杂效应和互扩散效应。杂质浓度分布曲线：43434444（1）缺陷种类（参见教材P256）a 存在于衬底中并连续延伸到外延层中的位错存在于衬底中并连续延伸到外延层中的位错b 衬底表面的析出杂质或残留的氧化物衬底表面的析出杂质或残留的氧化物 堆跺层错（参见教

19、材堆跺层错（参见教材p257最下部分）最下部分）c 外延层中的析出杂质外延层中的析出杂质d 与工艺或表面加工有关形成的表面锥体缺陷与工艺或表面加工有关形成的表面锥体缺陷e 衬底堆跺层错的延伸衬底堆跺层错的延伸4545（2）参数测量4646471.外延的图形漂移外延的图形漂移pattern shift - 对于对于(111)晶体在与晶体在与110定位面垂直的方向发生定位面垂直的方向发生图形漂移。图形漂移。 - 产生原因是外延的反应产物产生原因是外延的反应产物HCL，择优腐蚀埋，择优腐蚀埋层边缘，使埋层图形产生位移。层边缘，使埋层图形产生位移。 - 危害性：使光刻无法对准，从而影响电学特性。危害性

20、：使光刻无法对准，从而影响电学特性。 - 关键：要知道漂移量，同时要控制各炉子相同。关键：要知道漂移量，同时要控制各炉子相同。4849上片漂移小纠偏过头下片纠偏较正确50外延后图形增大或缩小外延后图形增大或缩小,变模糊变模糊,甚之消失。甚之消失。图形边缘不再锐利。图形边缘不再锐利。畸变原因：畸变原因： 主要是主要是HCL腐蚀硅片表面，在台阶处，由于取向不同腐蚀硅片表面，在台阶处，由于取向不同使各方向腐蚀速率不同结果产生畸变。使各方向腐蚀速率不同结果产生畸变。51SHIFT对称变大对称变大非对称畸变非对称畸变对称变小对称变小图形消失图形消失52畸变小畸变小畸变严重畸变严重53轻微畸变水平方向变宽

21、，光刻机不能识别54555657选用低氯的源。选用低氯的源。温度升高畸变减少温度升高畸变减少降低外延压力降低外延压力(采用减压外延采用减压外延)降低生长速率降低生长速率(减少氯含量减少氯含量)对于对于(111)取向偏离取向偏离3-4(向最近的向最近的110方向方向)增加增加H2流量流量58在外延过程中衬底表面由于原子间的引力， 有一个停滞层，衬底中重掺的杂质被吸附在停滞层,沉积时以自掺杂进入外延层中。停滞层衬底59596060n分子束外延（外延物质是原子的也叫原子束外延）是分子束外延（外延物质是原子的也叫原子束外延）是近年来才被普遍采用的一种物理气相外延工艺。近年来才被普遍采用的一种物理气相外

22、延工艺。n在超高真空下，热分子束由喷射炉喷出，射到衬底表在超高真空下，热分子束由喷射炉喷出，射到衬底表面，外延生长出外延层。面，外延生长出外延层。（1）概述6161n分子束外延设备复杂、价格昂贵，真空室真空度达分子束外延设备复杂、价格昂贵，真空室真空度达10-910-11Torr，喷射炉可以根据需要喷射出多种分子，喷射炉可以根据需要喷射出多种分子（原子），另外监测装置可以对外延层生长速率、气体（原子），另外监测装置可以对外延层生长速率、气体成分、结构和厚度进行实时监控。因此，分子束外延具成分、结构和厚度进行实时监控。因此，分子束外延具有许多优点。有许多优点。n常规的硅掺杂源不适用：常规的硅掺杂

23、源不适用： 使用使用 GaP型；型；SbN型型（1）概述6262（2）设备63 大大降低了反应室内残余气体，保证了外延层的高纯度。 蒸发分子的自由程很大，分(原) 子束流可以不经散射直接从源到达衬底表面，对这样的束流可以瞬间完成关断，提高了对层厚控制的准确度，使生长的界面接近原子级尺度。 超高真空度的环境可以采用原位分析手段，实现对生长过程的监控。一、超高真空系统一、超高真空系统 真空度1.3310-8Pa以上，可选用的真空泵主要有机械泵，吸附泵，离子泵，低温泵，钛升华泵，涡轮分子泵等。64生长系统包括源和衬底两部分。源源：在MBE系统的生长室内装有数目不等的努森箱，即喷射炉，由坩埚、加热系统

24、和控温系统组成。 坩埚由热解氮化硼或高纯石墨制成，用来放置高纯源或掺杂源； 外绕钨丝或钽丝进行电阻加热，或采用电子束加热； 控温系统控制加热温度，从而控制蒸发速率。 每个喷射炉均有一个快门，控制束流的通断和大小。 衬底衬底：生长室内的衬底基座，是用来放置样品的，可以旋转和倾斜一定的角度，通过操作机构控制接送样品。衬底基座可对样品加温，保证衬底表面处于活性状态，温度范围一般为400-900。二、生长系统二、生长系统65 MBE装置中配有比较齐全的测量、分析、监控等设备，主要包括质谱仪，俄歇电子能谱仪，高能电子衍射仪，薄膜厚度测试仪，电子显微镜等。这是MBE的一个突出特点，正因如此MBE系统才能生

25、长出高质量的外延层。质谱仪MS：装在束流经过的路径上，可以监视分(原)子束的种类和强度，还可以测出真空中的残留气体。俄歇电子能谱仪AES：可以提供表面化学成份的数据，测定外延层组分和杂质的剖面分布。高能电子衍射仪HEED：由电子枪和接受电子的荧光屏组成，由电子枪出来的电子束入射到结晶表面，在荧光屏上显示出的表面衍射图像是与表面原子排列情况相对应的图像，解析这个图像可以知道外延层的结晶性能。三、测量、分析、监控系统三、测量、分析、监控系统666767n分子束外延是在超高真空下进行，外延过程污染少，外延层洁净。分子束外延是在超高真空下进行，外延过程污染少，外延层洁净。n外延温度较低（外延温度较低（

26、400800度），硅分子束外延温度是度），硅分子束外延温度是630，所以通，所以通常采用分子束外延少有杂质的再分布现象。常采用分子束外延少有杂质的再分布现象。n外延分子是由喷射炉喷出，喷射速率可调，易于控制，外延可以迅速外延分子是由喷射炉喷出，喷射速率可调，易于控制，外延可以迅速进行或停止，这样就能生长极薄的外延层，外延层厚度可以薄至进行或停止，这样就能生长极薄的外延层，外延层厚度可以薄至量级；量级；6868n外延设备上有多个喷射口，可以生长多层、杂质分布外延设备上有多个喷射口，可以生长多层、杂质分布复杂的外延层，外延层最多层数可达复杂的外延层，外延层最多层数可达10104 4层。层。n在整个

27、外延过程中全程监控，因此外延层质量高。在整个外延过程中全程监控，因此外延层质量高。n分子束外延多用于外延结构复杂、外延层薄的外延层，分子束外延多用于外延结构复杂、外延层薄的外延层，异质外延一般也采用分子束外延。异质外延一般也采用分子束外延。n生长慢（既是优点也是缺点），通常用于过高精度或生长慢（既是优点也是缺点），通常用于过高精度或过薄的外延层。过薄的外延层。6969异质外延也叫非均匀外延，外延层与衬底材异质外延也叫非均匀外延，外延层与衬底材料不相同，如料不相同，如SOSSOS材料就是材料就是Si/AlSi/Al2 2O O3 3异质外延异质外延材料，一些薄膜集成电路就是采用的材料，一些薄膜集

28、成电路就是采用的SOSSOS材料。材料。7070n衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的溶解现象衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的溶解现象n衬底与外延层热力学参数相匹配，即热膨胀系数接近。衬底与外延层热力学参数相匹配，即热膨胀系数接近。以避免生长的外延层由生长温度冷却至室温时，热膨胀以避免生长的外延层由生长温度冷却至室温时，热膨胀产生残余应力，截面位错，甚至外延层破裂现象发生产生残余应力，截面位错，甚至外延层破裂现象发生n衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，晶格常数衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引起的外延层与衬底接触接近，以避免晶格参数不

29、匹配引起的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力大的现象的界面晶格缺陷多和应力大的现象7171%100aaaf其中：其中：a a外延层参数；外延层参数； a a衬底参数。衬底参数。有热膨胀系数失配率和晶格常数失配率有热膨胀系数失配率和晶格常数失配率7272又叫反相混乱，例如非极性的又叫反相混乱，例如非极性的SiSi上生长极性上生长极性GaAsGaAs在生长的初期在生长的初期SiSi衬底上有的区域附着衬底上有的区域附着GaGa，有的区域附着有的区域附着AsAs，不能形成单相的，不能形成单相的GaAsGaAs层，这层，这就叫反相畴。就叫反相畴。因此常用因此常用MBEMBE法外延法外延GaAsGaA

30、s。7373液相外延是利用溶液的饱和溶解度随温度的变液相外延是利用溶液的饱和溶解度随温度的变化而变化，使溶液结晶析出在衬底上进行外延化而变化，使溶液结晶析出在衬底上进行外延的方法。的方法。硅的液相外延是将硅溶入锡中，在硅的液相外延是将硅溶入锡中，在949949时溶液时溶液饱和，当降低温度饱和，当降低温度10-3010-30时溶液过饱和，硅析时溶液过饱和，硅析出，在单晶硅衬底上生长出外延层。出，在单晶硅衬底上生长出外延层。7474固相外延是将晶体衬底上的非晶或者多晶层高固相外延是将晶体衬底上的非晶或者多晶层高温转化为单晶层。温转化为单晶层。75SOSSOS技术技术 SOS是“Silicon on

31、 Sapphire”和“Silicon on Spinel”的缩写，是指在蓝宝石(-Al2O3)或尖晶石(MgOAl2O3)的衬底上进行硅外延的技术，并把电路作在硅外延层上。 SOS是SOI (Silicon on Insulator or Semiconductor on Insulator，在绝缘衬底上进行硅的异质外延) 技术中比较成熟的一种。SOI技术的主要优点是：寄生电容小，对高速和高集成度的电路特别有利。在亚微米器件中，衬底浓度比常规MOS器件的衬底浓度高，寄生电容更大，因此随集成电路特征尺寸的缩小，SOI技术应用前景更好。提高了器件的抗辐射能力。抑制了CMOS电路的闩锁效应。工艺比

32、体硅CMOS工艺简单。76 在绝缘体上异质外延单晶硅的设备和工艺与硅同质外延基本相同。为了得到好的外延层，要求衬底和Si的热膨胀系数与晶格常数相近。 由于所有绝缘体的热膨胀系数均比硅高，在单晶硅膜内产生应力，使外延层缺陷增多，从而影响外延层和器件的性能。热失配是影响异质外延生长的单晶硅膜的物理和电学性质的主要因素。 晶格失配将导致外延膜中的缺陷密度非常高，特别是当硅膜非常薄时，缺陷密度更高。 当硅膜厚度增加时，随着远离硅-蓝宝石界面，硅中的缺陷密度单调下降，也就是说缺陷不会贯穿整个外延层。这些缺陷可使界面附近的电阻率、载流子迁移率和寿命降低。77双极电路：利用利用n/n+硅外延，将双极型高频功率晶体管制作在硅外延，将双极型高频功率晶体管制作在n型外延层内，型外延层内，n+硅用作机械支撑层和导电层，降低硅用作机械支撑层和导电层，降低了集电极的串联电阻。了集电极的串联电阻。采用采用n/p外延片，通过简单的外延片，通过简单的p型杂质隔离扩散，便型杂质隔离扩散，便能实现双极集成电路元器件间的隔离。能实现双极集成电路元器件间的隔离。78外延层和衬