碳化硅（SiC）外延層在半導體材料制備過程中具有重要地位，而其基平面位錯（BPD）對外延器件的性能有著關鍵性影響。BPD會導致器件性能的退化甚至失效，特別是在雙極性器件中尤為顯著。因此，在碳化硅外延生長過程中，有效抑制和減少BPD的形成是提高器件性能的重要措施。本文將介紹一種改善碳化硅外延層基平面位錯的生長方法。

一、背景介紹

在碳化硅外延生長過程中，襯底中的位錯會在外延層中復制或轉化。螺型位錯（TSD）和刃位錯（TED）對器件性能的影響相對較小，而BPD則會在載流子注入過程中成為Shockley型堆垛層錯的源頭，導致載流子壽命降低和漏電流增加，引發所謂的“雙極退化”。因此，減少和抑制BPD的形成是提升器件性能的關鍵。

現有的抑制BPD的方法包括利用關閉生長源和摻雜源，通過氫氣進行界面高溫退火處理，以及進行高摻緩沖層和漸變緩沖層處理。然而，這些方法難以全部消除襯底的影響，且存在氫氣刻蝕作用，容易導致緩沖層變薄和退火時間過長，影響生產效率。

二、改善方法

為了解決現有技術的缺陷，本發明提出了一種新的改善碳化硅外延層基平面位錯的生長方法，該方法包括以下步驟：

等離子清洗：將需要外延生長的碳化硅襯底放入等離子清洗機進行Plasma清洗。清洗的氣體流量比例為O2:N2:CF4=5:2:1，處理時間為5-20分鐘，工作壓力在200-350mtorr，功率在3-12KW。等離子清洗可以消除襯底表面的微小雜質，提高襯底表面態能，促使碳化硅鍵能結合，有利于外延層與襯底的臺階式壘晶生長。

緩沖層生長：將清洗后的碳化硅襯底放置到碳化硅外延爐反應室內的生長位置，向反應室內逐步通入氫氣，并通入小流量的硅源、碳源氣體和摻雜源氮氣，直到主氣流流量達到60-100slm，升溫至1600～1700℃，進行第1層緩沖層生長。碳源氣體可以是甲烷、乙烯、乙炔或丙烷，硅源氣體可以是硅烷、二氯氫硅、三氯氫硅或四氯氫硅。

高溫熱處理修復晶格：在完成一層緩沖層生長后，進行一次高溫熱處理修復晶格。快速升溫到1650～1800℃，同時關閉碳源、硅源氣體和氫氣，僅通入氮氣，氣體流量在50-200sccm之間，保持10～20分鐘后，迅速降溫到緩沖層反應溫度。這一步驟可以抑制從襯底轉化不良和未轉化的BPD。

重復緩沖層生長和高溫熱處理：進行第二層和第三層緩沖層生長，每完成一層緩沖層生長后，都進行一次高溫熱處理修復晶格。這一步驟的操作與第1次高溫熱處理相同。多次高溫熱處理可以確保BPD抑制效果的穩定性，減少BPD抑制的情況。

外延層生長：完成第三層緩沖層生長后，進行常規的外延層生長。

降溫和取出：完成完整結構的外延生長后，關閉反應氣體，同時降溫到700～1000℃，取出碳化硅外延片。

三、技術特點與效果

本發明的改善碳化硅外延層基平面位錯的生長方法具有以下技術特點和效果：

提高BPD轉化效率：通過多次高溫熱處理修復晶格，可以有效提高BPD向TED的轉化效率，抑制外延層中BPD的形成。

提升產品質量：減少BPD的形成，可以顯著提升碳化硅外延層的質量，進而提高器件的性能和可靠性。

簡化生產工藝：本方法簡化了碳化硅外延生長的生產工藝，減少了氫氣刻蝕步驟，提高了生產效率。

降低成本：通過優化生產工藝，降低了碳化硅半導體材料的成本，有利于碳化硅材料的商業化發展。

四、結論

綜上所述，本發明提供了一種改善碳化硅外延層基平面位錯的生長方法，通過等離子清洗、多層緩沖層生長和多次高溫熱處理修復晶格，可以有效抑制外延層中BPD的形成，提高產品質量和生產效率。這一方法具有重要的應用價值，對于推動碳化硅半導體材料的商業化發展具有重要意義。

高通量晶圓測厚系統

高通量晶圓測厚系統以光學相干層析成像原理，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，STIR（Site Total Indicated Reading 局部總指示讀數），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等這類技術指標。

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

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

重摻型硅（強吸收晶圓的前后表面探測）

粗糙的晶圓表面，（點掃描的第三代掃頻激光，相比靠光譜探測方案，不易受到光譜中相鄰單位的串擾噪聲影響，因而對測量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)；（通過對偏振效應的補償，加強對低反射晶圓表面測量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時測量多層結構，厚度可從μm級到數百μm級不等。

可用于測量各類薄膜厚度，厚度可低至4μm，精度可達1nm。

2，可調諧掃頻激光的“溫漂”處理能力，體現在復雜工作環境中抗干擾能力強，充分提高重復性測量能力。

3，采用第三代高速掃頻可調諧激光器，一改過去傳統SLD寬頻低相干光源的干涉模式，解決了由于相干長度短，而重度依賴“主動式減震平臺”的情況。優秀的抗干擾，實現小型化設計，同時也可兼容匹配EFEM系統實現產線自動化集成測量。

4，靈活的運動控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測量。