高温大面积碳化硅外延生长装置及处理方法

碳化硅（SiC）作为一种具有优异物理和化学性质的半导体材料，在电力电子、航空航天、新能源汽车等领域展现出巨大的应用潜力。高质量、大面积的SiC外延生长是实现高性能SiC器件制造的关键环节。然而，SiC外延生长过程对温度、气氛、衬底质量等因素极为敏感，因此需要设计一种高效、稳定的高温大面积碳化硅外延生长装置及处理方法，以满足工业生产的需求。

装置结构

高温大面积碳化硅外延生长装置主要由以下几个部分组成：密闭工作室、石墨反应腔室、加热组件、进气装置、出气装置以及托盘系统。

密闭工作室

密闭工作室由不锈钢材料制成，具有较高的强度和耐腐蚀性。工作室内部形成一个密闭的空间，用于进行SiC外延生长实验。工作室的底部、顶部和侧壁均设有水冷结构，以保持实验过程中的温度稳定。

石墨反应腔室

石墨反应腔室位于密闭工作室内部，用于承载SiC衬底并进行外延生长。反应腔室采用石墨材料制作，具有良好的耐高温性能和化学稳定性。反应腔室内部设有一个托盘槽，用于放置托盘系统。

加热组件

加热组件位于石墨反应腔室的外围，用于提供SiC外延生长所需的高温环境。加热组件可以采用铜螺线管射频加热线圈或其他高效的加热方式，以确保反应腔室内的温度均匀分布。

进气装置和出气装置

进气装置和出气装置分别位于石墨反应腔室的前后两端，用于引入反应气体和排出尾气。进气装置包括进气器、进气器底盘和进气通道，可以确保反应气体均匀进入反应腔室。出气装置则包括出气器、出气器底盘和出气通道，用于收集并排出尾气。

托盘系统

托盘系统用于承载SiC衬底，并可以方便地放入和取出反应腔室。托盘系统包括方形托盘和旋转托盘，方形托盘上设有托盘槽，可以放置多个旋转托盘。旋转托盘上则设有旋转托盘槽，用于放置SiC衬底。这种设计不仅提高了外延生长的均匀性，还方便了样品的取放和更换。

处理方法

高温大面积碳化硅外延生长装置的处理方法主要包括以下几个步骤：

放置衬底

首先，将需要加工的SiC衬底进行清洗和预处理，确保表面干净、平整。然后，将清洗完毕的SiC衬底放入旋转托盘中，再将旋转托盘放入方形托盘中。最后，将方形托盘放入反应腔室的托盘槽内。

抽真空

关闭密闭工作室的进样门和备用门，打开真空泵进行抽真空作业，使反应腔室达到预定的真空度。这一步骤可以排除反应腔室内的空气和杂质，为后续的外延生长创造有利的条件。

加热

通过进气装置向反应腔室通入载气（如氩气），并打开加热电源，使加热组件对反应腔室进行加热。加热过程中需要控制加热速率和温度分布，以确保反应腔室内的温度均匀且达到所需的生长温度。

外延生长

待反应腔室达到所需生长温度后，通过进气装置向反应腔室通入反应气体（如硅烷和碳氢化合物），使SiC进行外延生长。外延生长过程中需要控制反应气体的流量、压力和温度等参数，以获得高质量的外延层。

降温和取样

待SiC外延生长完毕后，关闭反应气体和加热电源，让反应腔室自行降温。降温过程中需要保持反应腔室内的真空状态，以避免杂质污染。降温完成后，打开进样门并移开尾气收集器，取出方形托盘和SiC样品。

优点与应用

高温大面积碳化硅外延生长装置及处理方法具有以下优点：

结构简单、易于加工和维护；

工作室采用水冷不锈钢结构，具有较高的强度和耐腐蚀性；

加热组件采用高效的加热方式，可以确保反应腔室内的温度均匀分布；

进气装置和出气装置设计合理，可以确保反应气体均匀进入反应腔室并排出尾气；

托盘系统方便灵活，可以承载多个SiC衬底进行外延生长。

该方法在SiC器件制造领域具有广泛的应用前景，可以用于生产高质量的SiC外延片，满足电力电子、航空航天、新能源汽车等领域对高性能SiC器件的需求。

结论

高温大面积碳化硅外延生长装置及处理方法是一种高效、稳定的技术，可以满足工业生产对高质量SiC外延片的需求。通过优化装置结构和处理方法，可以进一步提高SiC外延生长的均匀性和质量，推动SiC技术的进一步发展。随着SiC技术的不断进步和应用领域的拓展，高温大面积碳化硅外延生长装置及处理方法将在更广泛的领域发挥重要作用。

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。

高通量晶圆测厚系统，全新采用的第三代可调谐扫频激光技术，相比传统上下双探头对射扫描方式；可一次性测量所有平面度及厚度参数。

灵活适用更复杂的材料，从轻掺到重掺 P 型硅 (P++)，碳化硅，蓝宝石，玻璃，铌酸锂等晶圆材料。

重掺型硅（强吸收晶圆的前后表面探测）

粗糙的晶圆表面，（点扫描的第三代扫频激光，相比靠光谱探测方案，不易受到光谱中相邻单位的串扰噪声影响，因而对测量粗糙表面晶圆）

低反射的碳化硅(SiC)和铌酸锂(LiNbO3)（通过对偏振效应的补偿，加强对低反射晶圆表面测量的信噪比）

绝缘体上硅（SOI)和MEMS，可同时测量多层结构，厚度可从μm级到数百μm级不等。

1，可用于测量各类薄膜厚度，厚度最薄可低至 4 μm ，精度可达1nm。

2，可调谐扫频激光的“温漂”处理能力，体现在极端工作环境中抗干扰能力强，一改过去传统晶圆测量对于“主动式减震平台”的重度依赖，成本显著降低。

3，灵活的运动控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圆片测量。