引言

在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，碳化硅（SiC）因其出色的物理和化學(xué)特性，如高硬度、高熱導(dǎo)率、高擊穿電場強(qiáng)度等，成為制造高功率、高頻電子器件的理想材料。然而，在大尺寸SiC外延生長過程中，襯底應(yīng)力問題一直是影響外延片質(zhì)量和性能的關(guān)鍵因素。為了克服這一問題，應(yīng)力消除外延生長裝置及外延生長方法應(yīng)運(yùn)而生。本文將詳細(xì)介紹這種裝置和方法的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用前景。

應(yīng)力消除外延生長裝置

應(yīng)力消除外延生長裝置主要包括上下料室、傳片室、消除應(yīng)力室和反應(yīng)室四個部分。這四個部分通過高精度的機(jī)械傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)襯底的自動傳遞和工藝參數(shù)的精確控制。

上下料室：用于放置待加工的SiC襯底和已加工好的外延片，方便人工操作和設(shè)備維護(hù)。

傳片室：連接上下料室、消除應(yīng)力室和反應(yīng)室，通過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)襯底的快速、精確傳遞。傳片室內(nèi)部保持潔凈環(huán)境，避免襯底在傳遞過程中受到污染。

消除應(yīng)力室：是裝置的核心部分，用于在高溫、低壓和氮?dú)夥諊聦iC襯底進(jìn)行應(yīng)力消除處理。消除應(yīng)力室內(nèi)部設(shè)有加熱裝置、抽空裝置和氮?dú)馔庋b置，能夠精確控制溫度、壓力和氣體氛圍，從而實(shí)現(xiàn)高效的應(yīng)力消除。

反應(yīng)室：用于進(jìn)行SiC外延生長。反應(yīng)室內(nèi)部設(shè)有加熱裝置、氣體通入裝置和排氣裝置，能夠精確控制溫度、氣體流量和反應(yīng)時間等工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的外延生長。

外延生長方法

應(yīng)力消除外延生長方法主要包括以下步驟：

襯底準(zhǔn)備：將待加工的SiC襯底從上下料室取出，通過傳片室傳遞到消除應(yīng)力室。

應(yīng)力消除處理：在消除應(yīng)力室內(nèi)，通過高溫（1400℃-1500℃）、低壓（10e-4torr～10e-6torr）和氮?dú)夥諊鷮iC襯底進(jìn)行應(yīng)力消除處理。處理時間為7.5分鐘。在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行熱處理，氮分子在低壓下可快速擴(kuò)散，修復(fù)SiC襯底原有的晶格不匹配，從而達(dá)到消除應(yīng)力的目的。

外延生長：將應(yīng)力消除后的SiC襯底通過傳片室傳遞到反應(yīng)室。在反應(yīng)室內(nèi)，通過精確控制溫度、氣體流量和反應(yīng)時間等工藝參數(shù)，進(jìn)行SiC外延生長。外延生長完成后，將外延片從反應(yīng)室中取出，通過傳片室傳遞到上下料室。

技術(shù)特點(diǎn)

高效應(yīng)力消除：通過在消除應(yīng)力室內(nèi)進(jìn)行高溫、低壓和氮?dú)夥諊碌臒崽幚恚軌蚋咝齋iC襯底中的應(yīng)力，提高外延片的濃厚度均勻性和晶體質(zhì)量。

精確工藝控制：通過高精度的機(jī)械傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，能夠精確控制溫度、壓力、氣體流量和反應(yīng)時間等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的外延生長。

高制程效率：消除應(yīng)力處理和外延生長可以在不同的腔室內(nèi)同時進(jìn)行，互不影響，從而提高了制程效率。

適用于大尺寸襯底：該裝置和方法特別適用于8英寸等大尺寸SiC襯底的外延生長，能夠解決大尺寸襯底在外延生長過程中遇到的應(yīng)力問題。

應(yīng)用前景

應(yīng)力消除外延生長裝置及外延生長方法在SiC半導(dǎo)體材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。它可以用于制造高功率、高頻電子器件，如SiC功率二極管、SiC功率晶體管等。這些器件在電動汽車、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。隨著SiC半導(dǎo)體材料技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)力消除外延生長裝置及外延生長方法將發(fā)揮越來越重要的作用。

結(jié)論

應(yīng)力消除外延生長裝置及外延生長方法是一種高效、精確的SiC外延生長技術(shù)。它通過消除SiC襯底中的應(yīng)力，提高了外延片的濃厚度均勻性和晶體質(zhì)量。同時，該裝置和方法具有精確工藝控制、高制程效率和適用于大尺寸襯底等優(yōu)點(diǎn)。在未來，隨著SiC半導(dǎo)體材料技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，應(yīng)力消除外延生長裝置及外延生長方法將發(fā)揮更加重要的作用。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)

高通量晶圓測厚系統(tǒng)以光學(xué)相干層析成像原理，可解決晶圓/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，總厚度偏差）、BOW（彎曲度）、WARP（翹曲度），TIR（Total Indicated Reading 總指示讀數(shù)，STIR（Site Total Indicated Reading 局部總指示讀數(shù)），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等這類技術(shù)指標(biāo)。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)，全新采用的第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相比傳統(tǒng)上下雙探頭對射掃描方式；可一次性測量所有平面度及厚度參數(shù)。

1，靈活適用更復(fù)雜的材料，從輕摻到重?fù)?P 型硅 (P++)，碳化硅，藍(lán)寶石，玻璃，鈮酸鋰等晶圓材料。

重?fù)叫凸瑁◤?qiáng)吸收晶圓的前后表面探測）

粗糙的晶圓表面，（點(diǎn)掃描的第三代掃頻激光，相比靠光譜探測方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對測量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)；（通過對偏振效應(yīng)的補(bǔ)償，加強(qiáng)對低反射晶圓表面測量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時測量多層結(jié)構(gòu)，厚度可從μm級到數(shù)百μm級不等。 

可用于測量各類薄膜厚度，厚度可低至 4 μm ，精度可達(dá)1nm。

2，可調(diào)諧掃頻激光的“溫漂”處理能力，體現(xiàn)在復(fù)雜工作環(huán)境中抗干擾能力強(qiáng)，充分提高重復(fù)性測量能力。

3，采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，一改過去傳統(tǒng)SLD寬頻低相干光源的干涉模式，解決了由于相干長度短，而重度依賴“主動式減震平臺”的情況。優(yōu)秀的抗干擾，實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計，同時也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線自動化集成測量。

4，靈活的運(yùn)動控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測量。