原创应力消除外延生长装置及外延生长方法

 2025-2-8 10:07  17 0 分类: 测试测量

引言

在半导体材料领域，碳化硅（SiC）因其出色的物理和化学特性，如高硬度、高热导率、高击穿电场强度等，成为制造高功率、高频电子器件的理想材料。然而，在大尺寸SiC外延生长过程中，衬底应力问题一直是影响外延片质量和性能的关键因素。为了克服这一问题，应力消除外延生长装置及外延生长方法应运而生。本文将详细介绍这种装置和方法的工作原理、技术特点以及应用前景。

应力消除外延生长装置

应力消除外延生长装置主要包括上下料室、传片室、消除应力室和反应室四个部分。这四个部分通过高精度的机械传动系统和控制系统实现衬底的自动传递和工艺参数的精确控制。

上下料室：用于放置待加工的SiC衬底和已加工好的外延片，方便人工操作和设备维护。

传片室：连接上下料室、消除应力室和反应室，通过机械手实现衬底的快速、精确传递。传片室内部保持洁净环境，避免衬底在传递过程中受到污染。

消除应力室：是装置的核心部分，用于在高温、低压和氮气氛围下对SiC衬底进行应力消除处理。消除应力室内部设有加热装置、抽空装置和氮气通气装置，能够精确控制温度、压力和气体氛围，从而实现高效的应力消除。

反应室：用于进行SiC外延生长。反应室内部设有加热装置、气体通入装置和排气装置，能够精确控制温度、气体流量和反应时间等工艺参数，从而实现高质量的外延生长。

外延生长方法

应力消除外延生长方法主要包括以下步骤：

衬底准备：将待加工的SiC衬底从上下料室取出，通过传片室传递到消除应力室。

应力消除处理：在消除应力室内，通过高温（1400℃-1500℃）、低压（10e-4torr～10e-6torr）和氮气氛围对SiC衬底进行应力消除处理。处理时间为7.5分钟。在氮气氛围下进行热处理，氮分子在低压下可快速扩散，修复SiC衬底原有的晶格不匹配，从而达到消除应力的目的。

外延生长：将应力消除后的SiC衬底通过传片室传递到反应室。在反应室内，通过精确控制温度、气体流量和反应时间等工艺参数，进行SiC外延生长。外延生长完成后，将外延片从反应室中取出，通过传片室传递到上下料室。

技术特点

高效应力消除：通过在消除应力室内进行高温、低压和氮气氛围下的热处理，能够高效消除SiC衬底中的应力，提高外延片的浓厚度均匀性和晶体质量。

精确工艺控制：通过高精度的机械传动系统和控制系统，能够精确控制温度、压力、气体流量和反应时间等工艺参数，实现高质量的外延生长。

高制程效率：消除应力处理和外延生长可以在不同的腔室内同时进行，互不影响，从而提高了制程效率。

适用于大尺寸衬底：该装置和方法特别适用于8英寸等大尺寸SiC衬底的外延生长，能够解决大尺寸衬底在外延生长过程中遇到的应力问题。

应用前景

应力消除外延生长装置及外延生长方法在SiC半导体材料领域具有广阔的应用前景。它可以用于制造高功率、高频电子器件，如SiC功率二极管、SiC功率晶体管等。这些器件在电动汽车、智能电网、航空航天等领域具有广泛的应用价值。随着SiC半导体材料技术的不断发展，应力消除外延生长装置及外延生长方法将发挥越来越重要的作用。

结论

应力消除外延生长装置及外延生长方法是一种高效、精确的SiC外延生长技术。它通过消除SiC衬底中的应力，提高了外延片的浓厚度均匀性和晶体质量。同时，该装置和方法具有精确工艺控制、高制程效率和适用于大尺寸衬底等优点。在未来，随着SiC半导体材料技术的不断进步和应用领域的不断拓展，应力消除外延生长装置及外延生长方法将发挥更加重要的作用。

高通量晶圆测厚系统

高通量晶圆测厚系统以光学相干层析成像原理，可解决晶圆/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，总厚度偏差）、BOW（弯曲度）、WARP（翘曲度），TIR（Total Indicated Reading 总指示读数，STIR（Site Total Indicated Reading 局部总指示读数），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等这类技术指标。