用于半導(dǎo)體外延片生長(zhǎng)的CVD石墨托盤(pán)結(jié)構(gòu)

一、引言

在半導(dǎo)體制造業(yè)中，外延生長(zhǎng)技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）作為一種主流的外延生長(zhǎng)方法，被廣泛應(yīng)用于制備高質(zhì)量的外延片。而在CVD外延生長(zhǎng)過(guò)程中，石墨托盤(pán)作為承載和支撐半導(dǎo)體襯底的關(guān)鍵組件，其結(jié)構(gòu)和性能對(duì)外延片的質(zhì)量具有決定性影響。本文將詳細(xì)介紹一種用于半導(dǎo)體外延片生長(zhǎng)的CVD石墨托盤(pán)結(jié)構(gòu)，探討其設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工作原理及在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該CVD石墨托盤(pán)結(jié)構(gòu)主要由石墨管、石英管、上層托盤(pán)、下層托盤(pán)以及電機(jī)等部分組成。具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

石墨管與石英管

石墨管作為托盤(pán)的主要支撐結(jié)構(gòu)，具有良好的高溫穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。石墨管上端置入下層托盤(pán)底部的凹槽內(nèi)，通過(guò)配合定位確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。石英管套設(shè)于石墨管內(nèi)，且石英管的管芯與凹槽上方的通孔聯(lián)通，用于引導(dǎo)反應(yīng)氣體的流動(dòng)。

上層托盤(pán)與下層托盤(pán)

上層托盤(pán)和下層托盤(pán)共同構(gòu)成托盤(pán)結(jié)構(gòu)的主體部分。下層托盤(pán)下端部中央設(shè)有凹槽，凹槽上方中央設(shè)有通孔，用于與石墨管和石英管配合。上層托盤(pán)下端設(shè)有容納基片的基板槽，下層托盤(pán)上端設(shè)有容納基板的基板槽及凸出于下層托盤(pán)上表面的支撐塊。上層托盤(pán)設(shè)于下層托盤(pán)上端，之間以支撐塊銜接，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

電機(jī)

電機(jī)與石墨管傳動(dòng)連接，用于驅(qū)動(dòng)石墨管及上下層托盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)托盤(pán)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，從而優(yōu)化反應(yīng)腔內(nèi)氣體的流動(dòng)和分布。

三、工作原理

該CVD石墨托盤(pán)結(jié)構(gòu)的工作原理基于CVD外延生長(zhǎng)的基本原理。在生長(zhǎng)過(guò)程中，反應(yīng)氣體通過(guò)石英管灌入，氣體上升到上層托盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)90°角向上層托盤(pán)與下層托盤(pán)之間形成的反應(yīng)腔內(nèi)橫穿。反應(yīng)氣體在托盤(pán)結(jié)構(gòu)內(nèi)均勻分布，為外延生長(zhǎng)提供必要的反應(yīng)物。

在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，石墨管及上下層托盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。利用流體粘性力產(chǎn)生的效應(yīng)，靠近基片的氣體隨同托盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使裝設(shè)在上層托盤(pán)的基片與裝設(shè)在下層托盤(pán)之間的氣流形成從中心到外緣的均勻的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)。這種均勻的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)有助于在基板上形成均勻的外延層。

四、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

高質(zhì)量外延片

該CVD石墨托盤(pán)結(jié)構(gòu)通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)腔內(nèi)氣體的流動(dòng)和分布，實(shí)現(xiàn)了外延層的均勻生長(zhǎng)。這種均勻的生長(zhǎng)條件有助于提高外延片的質(zhì)量和均勻性，滿(mǎn)足高性能半導(dǎo)體器件的制造需求。

靈活的生長(zhǎng)方式

該托盤(pán)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)向上和向下兩種生長(zhǎng)方式。通過(guò)調(diào)整托盤(pán)結(jié)構(gòu)中的氣體通道和基板槽位置，可以靈活地選擇外延片的生長(zhǎng)方向，滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

高效的生長(zhǎng)效率

電機(jī)驅(qū)動(dòng)托盤(pán)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，優(yōu)化了反應(yīng)腔內(nèi)氣體的流動(dòng)和分布，提高了外延生長(zhǎng)的效率。同時(shí)，托盤(pán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也考慮了高溫穩(wěn)定性和導(dǎo)電性等因素，確保了生長(zhǎng)過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

該CVD石墨托盤(pán)結(jié)構(gòu)適用于多種半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)，如碳化硅（SiC）、硅（Si）等。其高質(zhì)量的外延片和靈活的生長(zhǎng)方式使其成為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的重要工具，廣泛應(yīng)用于電力電子、微波器件、高溫傳感器等領(lǐng)域。

五、結(jié)論

綜上所述，用于半導(dǎo)體外延片生長(zhǎng)的CVD石墨托盤(pán)結(jié)構(gòu)具有高質(zhì)量、靈活、高效和廣泛應(yīng)用領(lǐng)域等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化托盤(pán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工作原理，實(shí)現(xiàn)了外延層的均勻生長(zhǎng)和高效生長(zhǎng)。該托盤(pán)結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的技術(shù)價(jià)值。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，該托盤(pán)結(jié)構(gòu)將不斷得到完善和推廣，為半導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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。