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隨著碳化硅（SiC）材料在電力電子、航空航天、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，高質(zhì)量、大面積的SiC外延生長(zhǎng)技術(shù)變得尤為重要。8英寸SiC晶圓作為當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的主流尺寸，其外延生長(zhǎng)室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)室的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)概述

8英寸單片高溫碳化硅外延生長(zhǎng)室結(jié)構(gòu)主要由以下幾個(gè)部分組成：外延生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、大面積、均勻的SiC外延生長(zhǎng)。

外延生長(zhǎng)室

外延生長(zhǎng)室是整個(gè)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(gè)矩形腔室。該腔室中設(shè)有一個(gè)承載槽，用于裝載8英寸的SiC晶片托盤(pán)。外延生長(zhǎng)室的兩側(cè)分別設(shè)置有貫通矩形腔室的進(jìn)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(zhǎng)室的上蓋和底盤(pán)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(jì)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(diǎn)”，改善上蓋與底盤(pán)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(zhǎng)。

硬質(zhì)保溫層

硬質(zhì)保溫層緊密包裹在外延生長(zhǎng)室的外圍，以減少熱輻射和熱量損失，確保外延生長(zhǎng)室在高溫下穩(wěn)定工作。保溫層對(duì)應(yīng)外延生長(zhǎng)室的進(jìn)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(jìn)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(zhǎng)室的進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)入外延生長(zhǎng)室之前呈層流狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)可以確保反應(yīng)氣體在外延生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)，將SiC晶片置于托盤(pán)上，并將托盤(pán)放置于外延生長(zhǎng)室的承載槽內(nèi)。反應(yīng)氣體從上游導(dǎo)氣管流入，經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣管連接器后進(jìn)入外延生長(zhǎng)室的矩形腔室中。在一定的高溫生長(zhǎng)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(guò)擴(kuò)散、吸附、分解、脫附、再擴(kuò)散等一系列過(guò)程，在位于托盤(pán)內(nèi)的SiC晶片表面進(jìn)行SiC外延層的生長(zhǎng)。尾氣經(jīng)下游導(dǎo)氣管排出，經(jīng)過(guò)一定生長(zhǎng)時(shí)間，完成SiC外延生長(zhǎng)。

優(yōu)點(diǎn)

溫度均勻：由于外延生長(zhǎng)室采用矩形腔室設(shè)計(jì)，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(jì)使得反應(yīng)氣體在進(jìn)入外延生長(zhǎng)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(hù)：外延生長(zhǎng)室結(jié)構(gòu)安裝簡(jiǎn)單，易進(jìn)行清潔處理，使用起來(lái)更加方便。

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

結(jié)論

8英寸單片高溫碳化硅外延生長(zhǎng)室結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的矩形腔室設(shè)計(jì)、硬質(zhì)保溫層的保溫效果、導(dǎo)氣管連接器的均勻進(jìn)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(zhǎng)。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(hù)和清潔，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著SiC材料在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這種高效、穩(wěn)定的外延生長(zhǎng)室結(jié)構(gòu)將成為未來(lái)SiC器件制造的重要基礎(chǔ)。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)

高通量晶圓測(cè)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(lèi)技術(shù)指標(biāo)。