摘要

本文圍繞碳化硅晶圓總厚度變化（TTV）厚度與表面粗糙度的協(xié)同控制問題，深入分析二者的相互關(guān)系及對(duì)器件性能的影響，從工藝優(yōu)化、檢測反饋等維度提出協(xié)同控制方法，旨在為提升碳化硅襯底質(zhì)量、保障半導(dǎo)體器件性能提供技術(shù)方案。

引言

在碳化硅半導(dǎo)體制造中，TTV 厚度與表面粗糙度是衡量襯底質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響器件的電學(xué)性能、熱性能及可靠性。TTV 厚度不均勻會(huì)導(dǎo)致器件內(nèi)部電場分布異常，表面粗糙度過高則會(huì)增加接觸電阻、影響外延生長質(zhì)量。單一控制某一指標(biāo)難以滿足高端器件制造需求，實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)同控制成為提升碳化硅襯底品質(zhì)的關(guān)鍵。

TTV 厚度與表面粗糙度的相互關(guān)系

TTV 厚度與表面粗糙度在碳化硅襯底加工過程中相互關(guān)聯(lián)。在研磨、拋光等加工環(huán)節(jié)，若加工參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，可能在降低表面粗糙度時(shí)，導(dǎo)致 TTV 厚度不均勻性增加；反之，過度追求 TTV 厚度的精確控制，可能會(huì)使表面粗糙度變差。例如，研磨壓力過大雖能加快材料去除速度、調(diào)整 TTV 厚度，但會(huì)加劇襯底表面的劃傷，使表面粗糙度上升 。二者相互制約，需采用協(xié)同控制策略實(shí)現(xiàn)平衡優(yōu)化。

協(xié)同控制方法

優(yōu)化加工工藝參數(shù)

在晶體生長階段，精確控制溫度場、濃度場分布，減少因生長不均導(dǎo)致的 TTV 厚度偏差與表面缺陷。在研磨工藝中，通過調(diào)整研磨墊材質(zhì)、研磨壓力和轉(zhuǎn)速，在保證 TTV 厚度控制精度的同時(shí)，降低表面粗糙度 。采用分步研磨策略，粗磨階段以調(diào)整 TTV 厚度為主，精磨階段側(cè)重降低表面粗糙度。拋光工藝則可引入化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)，優(yōu)化拋光液成分與拋光時(shí)間，實(shí)現(xiàn) TTV 厚度與表面粗糙度的協(xié)同改善。

建立實(shí)時(shí)檢測與反饋機(jī)制

利用高精度測量設(shè)備，如激光干涉儀、原子力顯微鏡，對(duì) TTV 厚度與表面粗糙度進(jìn)行實(shí)時(shí)同步測量 。將測量數(shù)據(jù)反饋至加工設(shè)備控制系統(tǒng)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立工藝參數(shù)與測量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)模型，根據(jù)測量結(jié)果自動(dòng)調(diào)整加工參數(shù)。例如，當(dāng)檢測到表面粗糙度過高且 TTV 厚度偏差在允許范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低拋光壓力、延長拋光時(shí)間，實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)同優(yōu)化。

研發(fā)新型加工材料與設(shè)備

開發(fā)新型研磨材料與拋光墊，使其兼具良好的切削性能與表面修整能力，在保證 TTV 厚度控制精度的同時(shí)，有效降低表面粗糙度。例如，采用納米級(jí)磨料和特殊孔隙結(jié)構(gòu)的拋光墊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底表面的精細(xì)化加工 。研發(fā)具備多參數(shù)協(xié)同控制功能的加工設(shè)備，集成 TTV 厚度與表面粗糙度在線測量模塊，實(shí)現(xiàn)加工過程中對(duì)兩項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與動(dòng)態(tài)調(diào)整。

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(duì)行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(jí)到數(shù)百μm級(jí)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(duì)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”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(dòng)化測量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。