【新启航】大尺寸碳化硅（150mm+）TTV 厚度均匀性提升技术

一、引言

随着半导体产业的迅猛发展，碳化硅（SiC）作为关键的宽禁带半导体材料，其应用愈发广泛。大尺寸碳化硅（150mm+）晶圆在提高芯片生产效率、降低成本方面具有显著优势。然而，大尺寸带来的挑战之一便是如何保证总厚度偏差（TTV）的厚度均匀性。TTV 厚度均匀性直接影响芯片制造过程中的光刻、刻蚀、薄膜沉积等工艺，进而决定芯片的性能与良率。因此，研究大尺寸碳化硅 TTV 厚度均匀性提升技术具有重要的现实意义。

二、影响大尺寸碳化硅 TTV 厚度均匀性的因素

2.1 生长工艺因素

在碳化硅外延生长过程中，温度、气体流量、压力等工艺参数的均匀性对 TTV 厚度均匀性影响重大。例如，反应腔温度分布不均，会导致不同区域的碳化硅生长速率不同，从而造成厚度偏差 。气体流量分布不均，会使硅源、碳源在晶圆表面供应不一致，影响外延层的均匀生长 。此外，反应腔压力波动也会干扰原子在衬底表面的吸附和迁移，导致 TTV 厚度不均匀 。

2.2 加工工艺因素

切割、研磨、抛光等加工工艺是获得大尺寸碳化硅晶圆的关键步骤，也会对 TTV 厚度均匀性产生影响 。切割过程中，切割设备的精度、切割线的张力以及切割速度的稳定性等因素，都可能导致切割后晶圆的厚度不均匀 。研磨和抛光工艺中，研磨垫和抛光垫的磨损情况、加工压力的均匀性以及加工时间的控制等，都会影响晶圆表面材料的去除均匀性，进而影响 TTV 厚度均匀性 。

三、TTV 厚度均匀性提升技术

3.1 生长工艺优化技术

采用先进的温度控制技术，如多区加热系统，精确调控反应腔不同区域的温度，使温度分布更加均匀 。通过优化气体输送系统，采用气体流量均匀分配装置，确保硅源、碳源等气体在晶圆表面均匀分布 。此外，利用高精度的压力控制系统，稳定反应腔压力，减少压力波动对生长过程的影响 。例如，某研究团队通过改进反应腔的温度控制系统，将温度均匀性提高了 10%，显著改善了碳化硅外延层的 TTV 厚度均匀性 。

3.2 加工工艺改进技术

在切割工艺中，采用高精度的切割设备，并实时监测切割线的张力和切割速度，根据反馈信息自动调整，保证切割过程的稳定性 。对于研磨和抛光工艺，开发智能研磨和抛光设备，通过传感器实时监测研磨垫和抛光垫的磨损情况以及加工压力，自动调整加工参数，实现材料的均匀去除 。例如，采用自适应抛光技术，根据晶圆不同区域的厚度偏差，自动调整抛光压力和时间，有效提升了 TTV 厚度均匀性 。

3.3 监测与控制技术

利用先进的测量技术，如光学干涉测量、激光扫描测量等，对大尺寸碳化硅晶圆的 TTV 厚度进行实时、高精度测量 。建立完善的监测与控制系统，将测量数据实时反馈至生长和加工设备，根据预设的厚度均匀性标准，自动调整工艺参数 。例如，通过在生产线上安装在线监测系统，实时监测 TTV 厚度变化，一旦发现厚度偏差超出允许范围，系统立即发出警报并自动调整相关工艺参数，保证生产过程的稳定性和产品质量 。

高通量晶圆测厚系统运用第三代扫频OCT技术，精准攻克晶圆/晶片厚度TTV重复精度不稳定难题，重复精度达3nm以下。针对行业厚度测量结果不一致的痛点，经不同时段测量验证，保障再现精度可靠。​

我们的数据和WAFERSIGHT2的数据测量对比,进一步验证了真值的再现性：

（以上为新启航实测样品数据结果）

该系统基于第三代可调谐扫频激光技术，相较传统双探头对射扫描，可一次完成所有平面度及厚度参数测量。其创新扫描原理极大提升材料兼容性，从轻掺到重掺P型硅，到碳化硅、蓝宝石、玻璃等多种晶圆材料均适用：​

对重掺型硅，可精准探测强吸收晶圆前后表面；​

点扫描第三代扫频激光技术，有效抵御光谱串扰，胜任粗糙晶圆表面测量；​

通过偏振效应补偿，增强低反射碳化硅、铌酸锂晶圆测量信噪比；

（以上为新启航实测样品数据结果）

支持绝缘体上硅和MEMS多层结构测量，覆盖μm级到数百μm级厚度范围，还可测量薄至4μm、精度达1nm的薄膜。

（以上为新启航实测样品数据结果）

此外，可调谐扫频激光具备出色的“温漂”处理能力，在极端环境中抗干扰性强，显著提升重复测量稳定性。

（以上为新启航实测样品数据结果）

系统采用第三代高速扫频可调谐激光器，摆脱传统SLD光源对“主动式减震平台”的依赖，凭借卓越抗干扰性实现小型化设计，还能与EFEM系统集成，满足产线自动化测量需求。运动控制灵活，适配2-12英寸方片和圆片测量。