一、引言

碳化硅外延片作為功率半導(dǎo)體器件的核心材料，其總厚度偏差（TTV）是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響器件的性能與可靠性 。外延片的 TTV 厚度受多種因素影響，其中生長工藝參數(shù)起著決定性作用。深入研究碳化硅外延片 TTV 厚度與生長工藝參數(shù)的關(guān)聯(lián)性，有助于優(yōu)化生長工藝，提升外延片質(zhì)量，推動碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

二、碳化硅外延片生長工藝參數(shù)分析

2.1 溫度參數(shù)

生長溫度是碳化硅外延生長的關(guān)鍵參數(shù)之一。在化學(xué)氣相沉積（CVD）生長過程中，溫度影響反應(yīng)氣體的分解、吸附及表面遷移速率 。溫度過高，反應(yīng)氣體分解過快，可能導(dǎo)致原子在襯底表面無序堆積，造成外延層表面粗糙，進(jìn)而影響 TTV 厚度 ；溫度過低，原子活性不足，生長速率降低，且容易出現(xiàn)成核不均勻現(xiàn)象，同樣會使 TTV 厚度增大 。

2.2 氣體流量參數(shù)

生長過程中，反應(yīng)氣體（如硅源、碳源氣體）和載氣的流量對外延片生長有重要影響 。氣體流量配比不當(dāng)，會導(dǎo)致硅、碳原子供應(yīng)不均衡，影響外延層的均勻生長 。例如，硅源氣體流量過高，可能在局部區(qū)域形成富硅層，造成外延片厚度不均勻，增大 TTV 。此外，氣體流量還會影響反應(yīng)腔內(nèi)的流場分布，若流場不均勻，會使外延片不同區(qū)域的生長速率存在差異，導(dǎo)致 TTV 厚度變化 。

2.3 壓力參數(shù)

反應(yīng)腔壓力也是影響碳化硅外延生長的重要參數(shù) 。在低壓 CVD（LPCVD）和常壓 CVD（APCVD）中，壓力的變化會改變反應(yīng)氣體的擴(kuò)散速率和表面反應(yīng)動力學(xué) 。較低的壓力有助于反應(yīng)氣體在襯底表面的均勻擴(kuò)散，可提高外延層的均勻性，降低 TTV ；而壓力過高時，氣體分子間碰撞加劇，會影響原子在襯底表面的吸附和遷移，導(dǎo)致外延片厚度不均勻，使 TTV 增大 。

三、TTV 厚度與生長工藝參數(shù)的關(guān)聯(lián)性

3.1 溫度與 TTV 的關(guān)聯(lián)

通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著生長溫度升高，碳化硅外延片 TTV 厚度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢 。存在一個最佳溫度區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，原子在襯底表面的遷移和吸附達(dá)到平衡，能夠形成均勻的外延層，TTV 厚度最小 。超出該溫度區(qū)間，無論是溫度過高還是過低，都會破壞這種平衡，導(dǎo)致 TTV 厚度增加 。

3.2 氣體流量與 TTV 的關(guān)聯(lián)

氣體流量與 TTV 厚度之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系 。合理調(diào)整硅源、碳源氣體及載氣的流量配比，可使外延層均勻生長，降低 TTV 。例如，當(dāng)硅源氣體流量與碳源氣體流量保持合適比例時，硅、碳原子能夠均勻沉積在襯底表面，外延片厚度均勻性提高 。若流量配比失衡，會導(dǎo)致局部區(qū)域生長過快或過慢，使 TTV 厚度增大 。

3.3 壓力與 TTV 的關(guān)聯(lián)

研究表明，反應(yīng)腔壓力與 TTV 厚度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系 。在較低壓力下，氣體擴(kuò)散均勻，外延片生長均勻性好，TTV 厚度較小 ；隨著壓力升高，氣體擴(kuò)散受限，外延片不同區(qū)域生長速率差異增大，TTV 厚度隨之增加 。但壓力過低也可能引發(fā)其他問題，如生長速率過慢等，因此需要在合適的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行生長，以控制 TTV 厚度 。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)運(yùn)用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準(zhǔn)攻克晶圓/晶片厚度TTV重復(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)精度達(dá)3nm以下。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時段測量驗(yàn)證，保障再現(xiàn)精度可靠。?

我們的數(shù)據(jù)和WAFERSIGHT2的數(shù)據(jù)測量對比,進(jìn)一步驗(yàn)證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

該系統(tǒng)基于第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相較傳統(tǒng)雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測量。其創(chuàng)新掃描原理極大提升材料兼容性，從輕摻到重?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)探測強(qiáng)吸收晶圓前后表面；?

點(diǎn)掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串?dāng)_，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測量信噪比；

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測量，覆蓋μm級到數(shù)百μm級厚度范圍，還可測量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

此外，可調(diào)諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環(huán)境中抗干擾性強(qiáng)，顯著提升重復(fù)測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

系統(tǒng)采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，擺脫傳統(tǒng)SLD光源對“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動化測量需求。運(yùn)動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。