钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置

一、引言

随着半导体技术的飞速发展，碳化硅（SiC）作为一种具有优异物理和化学性质的材料，在电力电子、微波器件、高温传感器等领域展现出巨大的应用潜力。高质量、大面积的SiC外延片是实现高性能SiC器件制造的关键。钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置作为一种先进的生长设备，以其独特的结构和高效的生长性能，成为制备高质量SiC外延片的重要工具。本文将详细介绍钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置的结构、工作原理及其在应用中的优势。

二、装置结构

钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置主要由以下几个部分组成：支架、升降架、石墨托盘、石英钟罩、隔热板、射频加热器、不锈钢腔体以及气体控制系统等。

支架与升降架

支架是整个装置的支撑结构，用于固定和支撑其他组件。升降架则用于调节石墨托盘的高度，以便在生长过程中方便地放入和取出SiC衬底。

石墨托盘

石墨托盘用于承载SiC衬底，并具有良好的导热性能，确保生长过程中热量的均匀传递。石墨托盘的设计通常考虑到高温下的稳定性和化学惰性，以防止与SiC衬底发生反应。

石英钟罩

石英钟罩是装置的核心部件之一，其形状类似钟罩，用于覆盖和保护石墨托盘及其上的SiC衬底。石英材料具有良好的耐高温性能和化学稳定性，能够承受高温生长过程中的各种化学反应和物理变化。

隔热板

隔热板位于射频加热器与石墨托盘之间，用于减少热量的散失，提高加热效率。隔热板通常采用高性能的保温材料制成，以确保生长过程中的温度稳定。

射频加热器

射频加热器是提供生长所需高温环境的关键部件。通过射频电流的激励，射频加热器产生强烈的电磁场，使石墨托盘及其上的SiC衬底迅速升温至所需的生长温度。射频加热器具有加热速度快、温度均匀性好等优点。

不锈钢腔体

不锈钢腔体是装置的外部保护结构，用于容纳其他组件并提供一个封闭的生长环境。不锈钢材料具有良好的耐腐蚀性和机械强度，能够承受高温生长过程中的各种应力和化学反应。

气体控制系统

气体控制系统用于调节和控制生长室内的气体氛围，包括反应气体的流量、压力和组成等。通过精确的气体控制，可以实现SiC外延生长的精确调控，提高外延片的质量和均匀性。

三、工作原理

钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置的工作原理基于化学气相沉积（CVD）技术。在生长过程中，反应气体（如硅烷和碳氢化合物）在射频加热器的加热作用下发生化学反应，生成SiC外延层。具体过程如下：

加热

射频加热器启动，对石墨托盘及其上的SiC衬底进行加热，使其达到所需的生长温度。加热过程中，隔热板减少了热量的散失，提高了加热效率。

气体引入

通过气体控制系统，将反应气体引入生长室内。反应气体在石墨托盘上方形成一层均匀的气流，为SiC外延生长提供必要的反应物。

化学反应

在高温下，反应气体在SiC衬底表面发生化学反应，生成SiC外延层。化学反应过程中，副产物气体从表面脱离并穿过边界层向气流中扩散，最后和未反应的反应物一起排出系统。

外延生长

随着化学反应的进行，SiC外延层逐渐在SiC衬底上生长。通过精确控制反应气体的流量、压力和组成等参数，可以实现SiC外延层的精确调控，获得高质量、大面积的外延片。

四、应用优势

钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置在应用中具有以下优势：

高质量外延片

装置采用先进的化学气相沉积技术，通过精确控制反应气体的流量、压力和组成等参数，可以获得高质量、大面积、均匀的SiC外延片。

高效生长

射频加热器具有加热速度快、温度均匀性好等优点，能够迅速将石墨托盘及其上的SiC衬底加热至所需的生长温度，提高生长效率。

良好的稳定性

装置采用高性能的保温材料和隔热设计，能够减少热量的散失，提高加热效率，同时保证生长过程中的温度稳定。

广泛的应用领域

钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置制备的SiC外延片具有优异的物理和化学性质，适用于电力电子、微波器件、高温传感器等领域的高性能器件制造。

五、结论

钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置是一种先进的生长设备，具有高质量、高效、稳定等优点。通过精确控制反应气体的流量、压力和组成等参数，可以实现SiC外延层的精确调控，获得高质量、大面积的外延片。该装置在电力电子、微波器件、高温传感器等领域具有广泛的应用前景，为SiC技术的进一步发展和应用提供了有力的支持。随着半导体技术的不断进步和应用领域的拓展，钟罩式热壁碳化硅高温外延片生长装置将不断得到完善和推广，为高性能SiC器件的制造提供更加可靠的技术保障。

六、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。