有效抑制SiC外延片掉落物缺陷生成的方法

引言

碳化硅（SiC）作為第三代半導體材料，因其出色的物理和化學特性，在功率電子、高頻通信及高溫環(huán)境等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，在SiC外延生長過程中，掉落物缺陷（如顆粒脫落、乳凸等）一直是影響外延片質(zhì)量和器件性能的關(guān)鍵因素。這些缺陷不僅會降低外延片的良品率，還可能對后續(xù)器件的可靠性產(chǎn)生嚴重影響。因此，有效抑制SiC外延片掉落物缺陷的生成，對于提升SiC器件的性能和可靠性具有重要意義。本文將介紹一種創(chuàng)新的方法，旨在通過優(yōu)化生長工藝和設(shè)備設(shè)計，有效抑制SiC外延片掉落物缺陷的生成。

方法概述

該方法的核心在于利用氫氣吹掃技術(shù)，結(jié)合特定的生長工藝和設(shè)備設(shè)計，以有效清除生長爐腔內(nèi)的稀松、易脫落的碳化硅顆粒，從而減少掉落物缺陷的生成。具體步驟如下：

生長爐腔氫氣吹掃：

在SiC外延生長過程中，定時將氫氣通入生長爐腔內(nèi)，利用氫氣的蝕刻作用，將稀松、易脫落的碳化硅顆粒吹掃到特制的托盤上。

氫氣作為硅源和碳源的載氣參與反應(yīng)，同時也在反應(yīng)沉積過程中有一定的蝕刻作用。在特定的條件下（如50mbar的低壓、1500℃-1600℃的高溫、130L的氫氣流量和15分鐘的吹掃時間），氫氣能夠促使附著能力較弱的碳化硅顆粒松動并掉落。

托盤設(shè)計與收集：

設(shè)計特制的托盤，用于收集掉落的碳化硅顆粒。托盤由石墨材料制成，具有耐高溫、耐腐蝕的特性。

托盤通過傳動裝置（如機械手或XYZ三軸傳動機構(gòu)）驅(qū)動進入生長爐腔內(nèi)，并在氫氣吹掃過程中保持靜止，以便有效收集掉落的顆粒。

定期清理與維護：

使用傳動裝置將托盤從生長爐腔內(nèi)取出，并在無塵車間進行清理，以去除收集的碳化硅顆粒。

清理后，托盤重新放回生長爐腔內(nèi)，繼續(xù)進行SiC外延生長。

根據(jù)實際生產(chǎn)情況，確定氫氣吹掃和托盤清理的時間間隔，以確保生長爐腔內(nèi)始終保持干凈狀態(tài)。

優(yōu)化生長工藝：

結(jié)合氫氣吹掃技術(shù)，優(yōu)化SiC外延生長工藝，如調(diào)整生長溫度、氣體流量和反應(yīng)時間等參數(shù)，以進一步提高外延片的質(zhì)量和性能。

通過精確控制生長工藝參數(shù)，減少外延生長過程中的應(yīng)力積累和缺陷生成，從而提高外延片的良品率和可靠性。

技術(shù)優(yōu)勢

減少掉落物缺陷：通過氫氣吹掃技術(shù)，有效清除生長爐腔內(nèi)的稀松、易脫落的碳化硅顆粒，從而減少掉落物缺陷的生成。

提高產(chǎn)品質(zhì)量：定期清理托盤和生長爐腔，保持內(nèi)部干凈狀態(tài)，有助于減少污染和缺陷，提高SiC外延片的質(zhì)量和性能。

延長設(shè)備壽命：通過減少生長爐腔內(nèi)的顆粒物積累，降低對設(shè)備部件的磨損和腐蝕，從而延長設(shè)備的使用壽命。

降低生產(chǎn)成本：優(yōu)化生長工藝和減少缺陷生成，有助于提高SiC外延片的良品率和生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)成本。

應(yīng)用前景

該方法在SiC外延生長領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過有效抑制掉落物缺陷的生成，可以顯著提高SiC外延片的質(zhì)量和性能，為制造高性能、高可靠性的SiC器件提供有力支持。此外，該方法還適用于其他半導體材料的外延生長過程，具有廣泛的適用性和推廣價值。

結(jié)論

有效抑制SiC外延片掉落物缺陷的生成是提升SiC器件性能和可靠性的關(guān)鍵。通過采用氫氣吹掃技術(shù)、優(yōu)化生長工藝和設(shè)備設(shè)計等方法，可以顯著減少掉落物缺陷的生成，提高SiC外延片的質(zhì)量和性能。未來，隨著SiC半導體材料技術(shù)的不斷發(fā)展，該方法將在SiC器件制造領(lǐng)域發(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)。

1，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。 

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，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，實現(xiàn)小型化設(shè)計，同時也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)線自動化集成測量。

4，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。