高溫大面積碳化硅外延生長裝置及處理方法

碳化硅（SiC）作為一種具有優(yōu)異物理和化學(xué)性質(zhì)的半導(dǎo)體材料，在電力電子、航空航天、新能源汽車等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。高質(zhì)量、大面積的SiC外延生長是實現(xiàn)高性能SiC器件制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，SiC外延生長過程對溫度、氣氛、襯底質(zhì)量等因素極為敏感，因此需要設(shè)計一種高效、穩(wěn)定的高溫大面積碳化硅外延生長裝置及處理方法，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。

裝置結(jié)構(gòu)

高溫大面積碳化硅外延生長裝置主要由以下幾個部分組成：密閉工作室、石墨反應(yīng)腔室、加熱組件、進氣裝置、出氣裝置以及托盤系統(tǒng)。

密閉工作室

密閉工作室由不銹鋼材料制成，具有較高的強度和耐腐蝕性。工作室內(nèi)部形成一個密閉的空間，用于進行SiC外延生長實驗。工作室的底部、頂部和側(cè)壁均設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)，以保持實驗過程中的溫度穩(wěn)定。

石墨反應(yīng)腔室

石墨反應(yīng)腔室位于密閉工作室內(nèi)部，用于承載SiC襯底并進行外延生長。反應(yīng)腔室采用石墨材料制作，具有良好的耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性。反應(yīng)腔室內(nèi)部設(shè)有一個托盤槽，用于放置托盤系統(tǒng)。

加熱組件

加熱組件位于石墨反應(yīng)腔室的外圍，用于提供SiC外延生長所需的高溫環(huán)境。加熱組件可以采用銅螺線管射頻加熱線圈或其他高效的加熱方式，以確保反應(yīng)腔室內(nèi)的溫度均勻分布。

進氣裝置和出氣裝置

進氣裝置和出氣裝置分別位于石墨反應(yīng)腔室的前后兩端，用于引入反應(yīng)氣體和排出尾氣。進氣裝置包括進氣器、進氣器底盤和進氣通道，可以確保反應(yīng)氣體均勻進入反應(yīng)腔室。出氣裝置則包括出氣器、出氣器底盤和出氣通道，用于收集并排出尾氣。

托盤系統(tǒng)

托盤系統(tǒng)用于承載SiC襯底，并可以方便地放入和取出反應(yīng)腔室。托盤系統(tǒng)包括方形托盤和旋轉(zhuǎn)托盤，方形托盤上設(shè)有托盤槽，可以放置多個旋轉(zhuǎn)托盤。旋轉(zhuǎn)托盤上則設(shè)有旋轉(zhuǎn)托盤槽，用于放置SiC襯底。這種設(shè)計不僅提高了外延生長的均勻性，還方便了樣品的取放和更換。

處理方法

高溫大面積碳化硅外延生長裝置的處理方法主要包括以下幾個步驟：

放置襯底

首先，將需要加工的SiC襯底進行清洗和預(yù)處理，確保表面干凈、平整。然后，將清洗完畢的SiC襯底放入旋轉(zhuǎn)托盤中，再將旋轉(zhuǎn)托盤放入方形托盤中。最后，將方形托盤放入反應(yīng)腔室的托盤槽內(nèi)。

抽真空

關(guān)閉密閉工作室的進樣門和備用門，打開真空泵進行抽真空作業(yè)，使反應(yīng)腔室達到預(yù)定的真空度。這一步驟可以排除反應(yīng)腔室內(nèi)的空氣和雜質(zhì)，為后續(xù)的外延生長創(chuàng)造有利的條件。

加熱

通過進氣裝置向反應(yīng)腔室通入載氣（如氬氣），并打開加熱電源，使加熱組件對反應(yīng)腔室進行加熱。加熱過程中需要控制加熱速率和溫度分布，以確保反應(yīng)腔室內(nèi)的溫度均勻且達到所需的生長溫度。

外延生長

待反應(yīng)腔室達到所需生長溫度后，通過進氣裝置向反應(yīng)腔室通入反應(yīng)氣體（如硅烷和碳氫化合物），使SiC進行外延生長。外延生長過程中需要控制反應(yīng)氣體的流量、壓力和溫度等參數(shù)，以獲得高質(zhì)量的外延層。

降溫和取樣

待SiC外延生長完畢后，關(guān)閉反應(yīng)氣體和加熱電源，讓反應(yīng)腔室自行降溫。降溫過程中需要保持反應(yīng)腔室內(nèi)的真空狀態(tài)，以避免雜質(zhì)污染。降溫完成后，打開進樣門并移開尾氣收集器，取出方形托盤和SiC樣品。

優(yōu)點與應(yīng)用

高溫大面積碳化硅外延生長裝置及處理方法具有以下優(yōu)點：

結(jié)構(gòu)簡單、易于加工和維護；

工作室采用水冷不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有較高的強度和耐腐蝕性；

加熱組件采用高效的加熱方式，可以確保反應(yīng)腔室內(nèi)的溫度均勻分布；

進氣裝置和出氣裝置設(shè)計合理，可以確保反應(yīng)氣體均勻進入反應(yīng)腔室并排出尾氣；

托盤系統(tǒng)方便靈活，可以承載多個SiC襯底進行外延生長。

該方法在SiC器件制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，可以用于生產(chǎn)高質(zhì)量的SiC外延片，滿足電力電子、航空航天、新能源汽車等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅躍iC器件的需求。

結(jié)論

高溫大面積碳化硅外延生長裝置及處理方法是一種高效、穩(wěn)定的技術(shù)，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)對高質(zhì)量SiC外延片的需求。通過優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)和處理方法，可以進一步提高SiC外延生長的均勻性和質(zhì)量，推動SiC技術(shù)的進一步發(fā)展。隨著SiC技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，高溫大面積碳化硅外延生長裝置及處理方法將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

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)。

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

重摻型硅（強吸收晶圓的前后表面探測）

粗糙的晶圓表面，（點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)的補償，加強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。 

1，可用于測量各類薄膜厚度，厚度可低至 4 μm ，精度可達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，一改過去傳統(tǒng)晶圓測量對于“主動式減震平臺”的重度依賴，成本顯著降低。

3，靈活的運動控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測量。