在現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝中，外延片的質(zhì)量直接影響到器件的性能和可靠性。堆垛層錯(cuò)是外延片常見(jiàn)的缺陷之一，它會(huì)導(dǎo)致器件的電學(xué)性能下降和可靠性問(wèn)題。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的這一缺點(diǎn)，發(fā)明了一種新的降低外延片堆垛層錯(cuò)缺陷的外延方法，并在6英寸4H-SiC外延片的外延生長(zhǎng)中得到了應(yīng)用。

一、方法概述

這種新的外延方法主要包括以下步驟：

襯底準(zhǔn)備：將襯底放置于反應(yīng)室內(nèi)的生長(zhǎng)位置。

氫氣刻蝕：向反應(yīng)室內(nèi)通入氫氣，直至主氣流達(dá)到90～140slm，壓力控制在60～110mbar，升溫至1630～1670℃，在氫氣氛圍下對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕，持續(xù)10～20分鐘。這一步驟的目的是減少襯底上的基平面位錯(cuò)（BPD）。

d一外延緩沖層生長(zhǎng)：向反應(yīng)室內(nèi)通入乙烯和三氯氫硅氣體，調(diào)整反應(yīng)室內(nèi)C/Si比值在0.9～1.2的偏硅范圍，在襯底的刻蝕面上低速生長(zhǎng)d一外延緩沖層。乙烯的體積流量為10～20sccm，三氯氫硅的體積流量為20～40sccm，生長(zhǎng)速率為2.0～4.0μm/h，厚度為0.1～0.3μm。

第二外延緩沖層生長(zhǎng)：繼續(xù)通入乙烯及三氯氫硅氣體，調(diào)整反應(yīng)室內(nèi)C/Si比值在0.6～0.9的富硅范圍，在d一外延緩沖層上低速生長(zhǎng)第二外延緩沖層。乙烯的體積流量為20～60sccm，三氯氫硅的體積流量為30～160sccm，生長(zhǎng)速率為7～15μm/h，厚度為0.2～1.0μm。

第二外延緩沖層刻蝕：停止通入乙烯和三氯氫硅，將反應(yīng)室內(nèi)溫度降至1600～1630℃，在氫氣氛圍下刻蝕第二外延緩沖層4～10分鐘。

第三外延緩沖層生長(zhǎng)（可選）：改變乙烯和三氯氫硅的流量，使反應(yīng)室內(nèi)C/Si比值在0.9～1.1的偏富硅范圍，在第二外延緩沖層的刻蝕面上低速生長(zhǎng)第三外延緩沖層。乙烯的體積流量為30～90sccm，三氯氫硅的體積流量為60～170sccm，生長(zhǎng)速率為7～15μm/h，厚度為0.2～1.0μm。

外延層生長(zhǎng)：逐漸增加乙烯和三氯氫硅的流量，使反應(yīng)室內(nèi)C/Si比值在1.0～1.2的偏碳范圍，高速生長(zhǎng)外延層，形成外延片。乙烯的體積流量為120～140sccm，三氯氫硅的體積流量為270～310sccm，生長(zhǎng)速率為50～60μm/h，厚度為6～15μm。

外延片處理：將反應(yīng)室溫度降至700～900℃，取出外延片并進(jìn)行檢測(cè)、清洗和封裝。

二、技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

減少堆垛層錯(cuò)密度：通過(guò)高溫原位氫氣刻蝕和低速生長(zhǎng)不同C/Si比的外延緩沖層，有效抑制襯底、外延緩沖層和外延層界面處堆垛層錯(cuò)的產(chǎn)生，將外延片中堆垛層錯(cuò)密度控制在0.1～0.30cm^-2以?xún)?nèi)。

高質(zhì)量外延片：外延緩沖層和外延層生長(zhǎng)過(guò)程中采用高純N2作為摻雜源，使外延層達(dá)到制作功率器件所需的摻雜濃度，從而制備出高質(zhì)量的N型碳化硅外延片。

反應(yīng)室適應(yīng)性：該方法適用于水平熱壁反應(yīng)器，外延片的堆垛層錯(cuò)平均密度為0.1～0.5cm^-2，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的3～6cm^-2。

應(yīng)用前景：該方法已成功應(yīng)用于6英寸4H-SiC外延片的外延生長(zhǎng)中，通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)條件和工藝步驟，顯著提高了外延片的質(zhì)量和可靠性，適用于高性能半導(dǎo)體器件的制造。

三、結(jié)論

這種降低外延片堆垛層錯(cuò)缺陷的外延方法通過(guò)精確控制生長(zhǎng)條件和工藝步驟，有效減少了外延片中的堆垛層錯(cuò)密度，提高了外延片的質(zhì)量和可靠性。該方法具有廣泛的應(yīng)用前景，可用于高性能半導(dǎo)體器件的制造，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力支持。

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)。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)，全新采用的第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相比傳統(tǒng)上下雙探頭對(duì)射掃描方式；可一次性測(cè)量所有平面度及厚度參數(shù)。

1，靈活適用更復(fù)雜的材料，從輕摻到重?fù)?P 型硅 (P++)，碳化硅，藍(lán)寶石，玻璃，鈮酸鋰等晶圓材料。

重?fù)叫凸瑁◤?qiáng)吸收晶圓的前后表面探測(cè)）

粗糙的晶圓表面，（點(diǎn)掃描的第三代掃頻激光，相比靠光譜探測(cè)方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對(duì)測(cè)量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)；（通過(guò)對(duì)偏振效應(yīng)的補(bǔ)償，加強(qiáng)對(duì)低反射晶圓表面測(cè)量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時(shí)測(cè)量多 層 結(jié) 構(gòu)，厚 度 可 從μm級(jí)到數(shù)百μm 級(jí)不等。 

可用于測(cè)量各類(lèi)薄膜厚度，厚度可低至 4 μm ，精度可達(dá)1nm。

2，可調(diào)諧掃頻激光的“溫漂”處理能力，體現(xiàn)在復(fù)雜工作環(huán)境中抗干擾能力強(qiáng)，充分提高重復(fù)性測(cè)量能力。

3，采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，一改過(guò)去傳統(tǒng)SLD寬頻低相干光源的干涉模式，解決了由于相干長(zhǎng)度短，而重度依賴(lài)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的情況。優(yōu)秀的抗干擾，實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，同時(shí)也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化集成測(cè)量。

4，靈活的運(yùn)動(dòng)控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測(cè)量。