隨著碳化硅（SiC）材料在電力電子、航空航天、新能源汽車等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，高質(zhì)量、大面積的SiC外延生長技術(shù)變得尤為重要。8英寸SiC晶圓作為當(dāng)前及未來一段時間內(nèi)的主流尺寸，其外延生長室的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接關(guān)系到外延層的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文將詳細(xì)介紹一種8英寸單片高溫碳化硅外延生長室的結(jié)構(gòu)及其特點。

結(jié)構(gòu)概述

8英寸單片高溫碳化硅外延生長室結(jié)構(gòu)主要由以下幾個部分組成：外延生長室、硬質(zhì)保溫層、導(dǎo)氣管連接器、上游導(dǎo)氣管和下游導(dǎo)氣管。這些部分共同協(xié)作，確保在高溫條件下實現(xiàn)高質(zhì)量、大面積、均勻的SiC外延生長。

外延生長室

外延生長室是整個結(jié)構(gòu)的核心部分，由感應(yīng)加熱材料制成，內(nèi)部形成一個矩形腔室。該腔室中設(shè)有一個承載槽，用于裝載8英寸的SiC晶片托盤。外延生長室的兩側(cè)分別設(shè)置有貫通矩形腔室的進氣口和出氣口，用于引入和排出反應(yīng)氣體。

特別地，外延生長室的上蓋和底盤均呈矩形，并具有矩形腔道，且其四周壁厚度相等。這種設(shè)計不僅利于提高感應(yīng)加熱效率，還能消除因接觸不良而形成的局部“熱點”，改善上蓋與底盤的溫度均勻性。在被加熱后，矩形腔室內(nèi)的溫度均勻，達(dá)到“熱壁”功效，特別適合于大面積、高質(zhì)量的SiC外延生長。

硬質(zhì)保溫層

硬質(zhì)保溫層緊密包裹在外延生長室的外圍，以減少熱輻射和熱量損失，確保外延生長室在高溫下穩(wěn)定工作。保溫層對應(yīng)外延生長室的進氣口和出氣口處分別設(shè)置有通孔，這些通孔的尺寸小于進氣口和出氣口的尺寸，以保證密封性能，提高保溫功效。

導(dǎo)氣管連接器

導(dǎo)氣管連接器設(shè)于外延生長室的進氣口處，并伸出于硬質(zhì)保溫層外。它用于連接上游導(dǎo)氣管，將反應(yīng)氣體引入外延生長室。導(dǎo)氣管連接器內(nèi)形成有矩形腔道，其截面形狀及面積與外延生長室中矩形腔室的截面形狀及面積均相同，以確保反應(yīng)氣體均勻分布。

上游導(dǎo)氣管

上游導(dǎo)氣管套接于導(dǎo)氣管連接器上，用于引導(dǎo)反應(yīng)氣體在進入外延生長室之前呈層流狀態(tài)。這種設(shè)計可以確保反應(yīng)氣體在外延生長室內(nèi)的均勻分布，提高外延層的質(zhì)量。上游導(dǎo)氣管同樣呈矩形，具有與外延生長室矩形腔室相同的截面形狀及面積。

下游導(dǎo)氣管

下游導(dǎo)氣管設(shè)于外延生長室的出氣口處，并伸出于硬質(zhì)保溫層外，用于引導(dǎo)尾氣排出。下游導(dǎo)氣管同樣呈矩形，但其截面面積大于外延生長室中矩形腔室的截面面積，以確保尾氣順暢排出。

工作原理

在使用時，將SiC晶片置于托盤上，并將托盤放置于外延生長室的承載槽內(nèi)。反應(yīng)氣體從上游導(dǎo)氣管流入，經(jīng)過導(dǎo)氣管連接器后進入外延生長室的矩形腔室中。在一定的高溫生長條件下，反應(yīng)氣體在矩形腔室中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過擴散、吸附、分解、脫附、再擴散等一系列過程，在位于托盤內(nèi)的SiC晶片表面進行SiC外延層的生長。尾氣經(jīng)下游導(dǎo)氣管排出，經(jīng)過一定生長時間，完成SiC外延生長。

優(yōu)點

溫度均勻：由于外延生長室采用矩形腔室設(shè)計，且四周壁厚度相等，使得溫度分布更加均勻，提高了外延層的質(zhì)量。

高填充率：上游導(dǎo)氣管的設(shè)計使得反應(yīng)氣體在進入外延生長室之前呈層流狀態(tài)，確保了反應(yīng)氣體的均勻分布，提高了外延層的填充率。

易于維護：外延生長室結(jié)構(gòu)安裝簡單，易進行清潔處理，使用起來更加方便。

應(yīng)用廣泛：不僅可用于8英寸單片SiC外延生長，還可通過替換托盤，用于6英寸單片SiC外延生長以及2片和/或3片4英寸SiC外延生長。

結(jié)論

8英寸單片高溫碳化硅外延生長室結(jié)構(gòu)以其獨特的矩形腔室設(shè)計、硬質(zhì)保溫層的保溫效果、導(dǎo)氣管連接器的均勻進氣以及上下游導(dǎo)氣管的順暢排氣，確保了高質(zhì)量、大面積的SiC外延生長。這種結(jié)構(gòu)不僅提高了外延層的質(zhì)量和填充率，還使得設(shè)備易于維護和清潔，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著SiC材料在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這種高效、穩(wěn)定的外延生長室結(jié)構(gòu)將成為未來SiC器件制造的重要基礎(chǔ)。

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?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◤娢站A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，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。