鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置

一、引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，碳化硅（SiC）作為一種具有優(yōu)異物理和化學(xué)性質(zhì)的材料，在電力電子、微波器件、高溫傳感器等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。高質(zhì)量、大面積的SiC外延片是實(shí)現(xiàn)高性能SiC器件制造的關(guān)鍵。鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置作為一種先進(jìn)的生長(zhǎng)設(shè)備，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和高效的生長(zhǎng)性能，成為制備高質(zhì)量SiC外延片的重要工具。本文將詳細(xì)介紹鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理及其在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

二、裝置結(jié)構(gòu)

鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置主要由以下幾個(gè)部分組成：支架、升降架、石墨托盤(pán)、石英鐘罩、隔熱板、射頻加熱器、不銹鋼腔體以及氣體控制系統(tǒng)等。

支架與升降架

支架是整個(gè)裝置的支撐結(jié)構(gòu)，用于固定和支撐其他組件。升降架則用于調(diào)節(jié)石墨托盤(pán)的高度，以便在生長(zhǎng)過(guò)程中方便地放入和取出SiC襯底。

石墨托盤(pán)

石墨托盤(pán)用于承載SiC襯底，并具有良好的導(dǎo)熱性能，確保生長(zhǎng)過(guò)程中熱量的均勻傳遞。石墨托盤(pán)的設(shè)計(jì)通?？紤]到高溫下的穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，以防止與SiC襯底發(fā)生反應(yīng)。

石英鐘罩

石英鐘罩是裝置的核心部件之一，其形狀類(lèi)似鐘罩，用于覆蓋和保護(hù)石墨托盤(pán)及其上的SiC襯底。石英材料具有良好的耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠承受高溫生長(zhǎng)過(guò)程中的各種化學(xué)反應(yīng)和物理變化。

隔熱板

隔熱板位于射頻加熱器與石墨托盤(pán)之間，用于減少熱量的散失，提高加熱效率。隔熱板通常采用高性能的保溫材料制成，以確保生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度穩(wěn)定。

射頻加熱器

射頻加熱器是提供生長(zhǎng)所需高溫環(huán)境的關(guān)鍵部件。通過(guò)射頻電流的激勵(lì)，射頻加熱器產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)，使石墨托盤(pán)及其上的SiC襯底迅速升溫至所需的生長(zhǎng)溫度。射頻加熱器具有加熱速度快、溫度均勻性好等優(yōu)點(diǎn)。

不銹鋼腔體

不銹鋼腔體是裝置的外部保護(hù)結(jié)構(gòu)，用于容納其他組件并提供一個(gè)封閉的生長(zhǎng)環(huán)境。不銹鋼材料具有良好的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受高溫生長(zhǎng)過(guò)程中的各種應(yīng)力和化學(xué)反應(yīng)。

氣體控制系統(tǒng)

氣體控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)和控制生長(zhǎng)室內(nèi)的氣體氛圍，包括反應(yīng)氣體的流量、壓力和組成等。通過(guò)精確的氣體控制，可以實(shí)現(xiàn)SiC外延生長(zhǎng)的精確調(diào)控，提高外延片的質(zhì)量和均勻性。

三、工作原理

鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置的工作原理基于化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)。在生長(zhǎng)過(guò)程中，反應(yīng)氣體（如硅烷和碳?xì)浠衔铮┰谏漕l加熱器的加熱作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成SiC外延層。具體過(guò)程如下：

加熱

射頻加熱器啟動(dòng)，對(duì)石墨托盤(pán)及其上的SiC襯底進(jìn)行加熱，使其達(dá)到所需的生長(zhǎng)溫度。加熱過(guò)程中，隔熱板減少了熱量的散失，提高了加熱效率。

氣體引入

通過(guò)氣體控制系統(tǒng)，將反應(yīng)氣體引入生長(zhǎng)室內(nèi)。反應(yīng)氣體在石墨托盤(pán)上方形成一層均勻的氣流，為SiC外延生長(zhǎng)提供必要的反應(yīng)物。

化學(xué)反應(yīng)

在高溫下，反應(yīng)氣體在SiC襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成SiC外延層。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，副產(chǎn)物氣體從表面脫離并穿過(guò)邊界層向氣流中擴(kuò)散，最后和未反應(yīng)的反應(yīng)物一起排出系統(tǒng)。

外延生長(zhǎng)

隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，SiC外延層逐漸在SiC襯底上生長(zhǎng)。通過(guò)精確控制反應(yīng)氣體的流量、壓力和組成等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)SiC外延層的精確調(diào)控，獲得高質(zhì)量、大面積的外延片。

四、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置在應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢(shì)：

高質(zhì)量外延片

裝置采用先進(jìn)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過(guò)精確控制反應(yīng)氣體的流量、壓力和組成等參數(shù)，可以獲得高質(zhì)量、大面積、均勻的SiC外延片。

高效生長(zhǎng)

射頻加熱器具有加熱速度快、溫度均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠迅速將石墨托盤(pán)及其上的SiC襯底加熱至所需的生長(zhǎng)溫度，提高生長(zhǎng)效率。

良好的穩(wěn)定性

裝置采用高性能的保溫材料和隔熱設(shè)計(jì)，能夠減少熱量的散失，提高加熱效率，同時(shí)保證生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度穩(wěn)定。

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置制備的SiC外延片具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，適用于電力電子、微波器件、高溫傳感器等領(lǐng)域的高性能器件制造。

五、結(jié)論

鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置是一種先進(jìn)的生長(zhǎng)設(shè)備，具有高質(zhì)量、高效、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)精確控制反應(yīng)氣體的流量、壓力和組成等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)SiC外延層的精確調(diào)控，獲得高質(zhì)量、大面積的外延片。該裝置在電力電子、微波器件、高溫傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，為SiC技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供了有力的支持。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長(zhǎng)裝置將不斷得到完善和推廣，為高性能SiC器件的制造提供更加可靠的技術(shù)保障。

六、高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)

高通量晶圓測(cè)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(lèi)技術(shù)指標(biāo)。

高通量晶圓測(cè)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(duì)射掃描方式；可一次性測(cè)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?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(cè)）

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(cè)方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對(duì)測(cè)量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)（通過(guò)對(duì)偏振效應(yīng)的補(bǔ)償，加強(qiáng)對(duì)低反射晶圓表面測(cè)量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時(shí)測(cè)量多層結(jié)構(gòu)，厚度可從μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)不等。

1，可用于測(cè)量各類(lèi)薄膜厚度，厚度最薄可低至 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)在極端工作環(huán)境中抗干擾能力強(qiáng)，一改過(guò)去傳統(tǒng)晶圓測(cè)量對(duì)于“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的重度依賴(lài)，成本顯著降低。

3，靈活的運(yùn)動(dòng)控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測(cè)量。