一、引言

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，碳化硅（SiC）作為關(guān)鍵的寬禁帶半導(dǎo)體材料，其應(yīng)用愈發(fā)廣泛。大尺寸碳化硅（150mm+）晶圓在提高芯片生產(chǎn)效率、降低成本方面具有顯著優(yōu)勢。然而，大尺寸帶來的挑戰(zhàn)之一便是如何保證總厚度偏差（TTV）的厚度均勻性。TTV 厚度均勻性直接影響芯片制造過程中的光刻、刻蝕、薄膜沉積等工藝，進(jìn)而決定芯片的性能與良率。因此，研究大尺寸碳化硅 TTV 厚度均勻性提升技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、影響大尺寸碳化硅 TTV 厚度均勻性的因素

2.1 生長工藝因素

在碳化硅外延生長過程中，溫度、氣體流量、壓力等工藝參數(shù)的均勻性對 TTV 厚度均勻性影響重大。例如，反應(yīng)腔溫度分布不均，會導(dǎo)致不同區(qū)域的碳化硅生長速率不同，從而造成厚度偏差 。氣體流量分布不均，會使硅源、碳源在晶圓表面供應(yīng)不一致，影響外延層的均勻生長 。此外，反應(yīng)腔壓力波動也會干擾原子在襯底表面的吸附和遷移，導(dǎo)致 TTV 厚度不均勻 。

2.2 加工工藝因素

切割、研磨、拋光等加工工藝是獲得大尺寸碳化硅晶圓的關(guān)鍵步驟，也會對 TTV 厚度均勻性產(chǎn)生影響 。切割過程中，切割設(shè)備的精度、切割線的張力以及切割速度的穩(wěn)定性等因素，都可能導(dǎo)致切割后晶圓的厚度不均勻 。研磨和拋光工藝中，研磨墊和拋光墊的磨損情況、加工壓力的均勻性以及加工時間的控制等，都會影響晶圓表面材料的去除均勻性，進(jìn)而影響 TTV 厚度均勻性 。

三、TTV 厚度均勻性提升技術(shù)

3.1 生長工藝優(yōu)化技術(shù)

采用先進(jìn)的溫度控制技術(shù)，如多區(qū)加熱系統(tǒng)，精確調(diào)控反應(yīng)腔不同區(qū)域的溫度，使溫度分布更加均勻 。通過優(yōu)化氣體輸送系統(tǒng)，采用氣體流量均勻分配裝置，確保硅源、碳源等氣體在晶圓表面均勻分布 。此外，利用高精度的壓力控制系統(tǒng)，穩(wěn)定反應(yīng)腔壓力，減少壓力波動對生長過程的影響 。例如，某研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)反應(yīng)腔的溫度控制系統(tǒng)，將溫度均勻性提高了 10%，顯著改善了碳化硅外延層的 TTV 厚度均勻性 。

3.2 加工工藝改進(jìn)技術(shù)

在切割工藝中，采用高精度的切割設(shè)備，并實(shí)時監(jiān)測切割線的張力和切割速度，根據(jù)反饋信息自動調(diào)整，保證切割過程的穩(wěn)定性 。對于研磨和拋光工藝，開發(fā)智能研磨和拋光設(shè)備，通過傳感器實(shí)時監(jiān)測研磨墊和拋光墊的磨損情況以及加工壓力，自動調(diào)整加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)材料的均勻去除 。例如，采用自適應(yīng)拋光技術(shù)，根據(jù)晶圓不同區(qū)域的厚度偏差，自動調(diào)整拋光壓力和時間，有效提升了 TTV 厚度均勻性 。

3.3 監(jiān)測與控制技術(shù)

利用先進(jìn)的測量技術(shù)，如光學(xué)干涉測量、激光掃描測量等，對大尺寸碳化硅晶圓的 TTV 厚度進(jìn)行實(shí)時、高精度測量 。建立完善的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，將測量數(shù)據(jù)實(shí)時反饋至生長和加工設(shè)備，根據(jù)預(yù)設(shè)的厚度均勻性標(biāo)準(zhǔn)，自動調(diào)整工藝參數(shù) 。例如，通過在生產(chǎn)線上安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測 TTV 厚度變化，一旦發(fā)現(xiàn)厚度偏差超出允許范圍，系統(tǒng)立即發(fā)出警報并自動調(diào)整相關(guān)工藝參數(shù)，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量 。

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?，可精?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(jì)，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。