鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長裝置

一、引言

隨著半導體技術(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裝置作為一種生長設(shè)備，以其結(jié)構(gòu)和高效的生長性能，成為制備高質(zhì)量SiC外延片的重要工具。本文將詳細介紹鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理及其在應(yīng)用中的優(yōu)勢。

二、裝置結(jié)構(gòu)

鐘罩式熱壁碳化硅高溫外延片生長裝置主要由以下幾個部分組成：支架、升降架、石墨托盤、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)石墨托盤的高度，以便在生長過程中方便地放入和取出SiC襯底。

石墨托盤

石墨托盤用于承載SiC襯底，并具有良好的導熱性能，確保生長過程中熱量的均勻傳遞。石墨托盤的設(shè)計通?？紤]到高溫下的穩(wěn)定性和化學惰性，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，其形狀類似鐘罩，用于覆蓋和保護石墨托盤及其上的SiC襯底。石英材料具有良好的耐高溫性能和化學穩(wěn)定性，能夠承受高溫生長過程中的各種化學反應(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，以確保生長過程中的溫度穩(wěn)定。

射頻加熱器

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

不銹鋼腔體

不銹鋼腔體是裝置的外部保護結(jié)構(gòu)，用于容納其他組件并提供一個封閉的生長環(huán)境。不銹鋼材料具有良好的耐腐蝕性和機械強度，能夠承受高溫生長過程中的各種應(yīng)力和化學反應(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。通過精確的氣體控制，可以實現(xiàn)SiC外延生長的精確調(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裝置的工作原理基于化學氣相沉積（CVD）技術(shù)。在生長過程中，反應(yīng)氣體（如硅烷和碳氫化合物）在射頻加熱器的加熱作用下發(fā)生化學反應(yīng)，生成SiC外延層。具體過程如下：

加熱

射頻加熱器啟動，對石墨托盤及其上的SiC襯底進行加熱，使其達到所需的生長溫度。加熱過程中，隔熱板減少了熱量的散失，提高了加熱效率。

氣體引入

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

化學反應(yīng)

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

外延生長

隨著化學反應(yīng)的進行，SiC外延層逐漸在SiC襯底上生長。通過精確控制反應(yīng)氣體的流量、壓力和組成等參數(shù)，可以實現(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

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

高質(zhì)量外延片

裝置采用化學氣相沉積技術(shù)，通過精確控制反應(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

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

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，能夠減少熱量的散失，提高加熱效率，同時保證生長過程中的溫度穩(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裝置制備的SiC外延片具有優(yōu)異的物理和化學性質(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裝置是一種生長設(shè)備，具有高質(zhì)量、高效、穩(wěn)定等優(yōu)點。通過精確控制反應(yīng)氣體的流量、壓力和組成等參數(shù)，可以實現(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)的進一步發(fā)展和應(yīng)用提供了有力的支持。隨著半導體技術(shù)的不斷進步和應(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、高通量晶圓測厚系統(tǒng)

高通量晶圓測厚系統(tǒng)以光學相干層析成像原理，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。

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擾噪聲影響，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。