【新启航】碳化硅 TTV 厚度与表面粗糙度的协同控制方法

摘要

 

本文围绕碳化硅晶圆总厚度变化（TTV）厚度与表面粗糙度的协同控制问题，深入分析二者的相互关系及对器件性能的影响，从工艺优化、检测反馈等维度提出协同控制方法，旨在为提升碳化硅衬底质量、保障半导体器件性能提供技术方案。

 

引言

 

在碳化硅半导体制造中，TTV 厚度与表面粗糙度是衡量衬底质量的重要指标，直接影响器件的电学性能、热性能及可靠性。TTV 厚度不均匀会导致器件内部电场分布异常，表面粗糙度过高则会增加接触电阻、影响外延生长质量。单一控制某一指标难以满足高端器件制造需求，实现二者的协同控制成为提升碳化硅衬底品质的关键。

 

TTV 厚度与表面粗糙度的相互关系

 

TTV 厚度与表面粗糙度在碳化硅衬底加工过程中相互关联。在研磨、抛光等加工环节，若加工参数设置不当，可能在降低表面粗糙度时，导致 TTV 厚度不均匀性增加；反之，过度追求 TTV 厚度的精确控制，可能会使表面粗糙度变差。例如，研磨压力过大虽能加快材料去除速度、调整 TTV 厚度，但会加剧衬底表面的划伤，使表面粗糙度上升 。二者相互制约，需采用协同控制策略实现平衡优化。

 

协同控制方法

 

优化加工工艺参数

 

在晶体生长阶段，精确控制温度场、浓度场分布，减少因生长不均导致的 TTV 厚度偏差与表面缺陷。在研磨工艺中，通过调整研磨垫材质、研磨压力和转速，在保证 TTV 厚度控制精度的同时，降低表面粗糙度 。采用分步研磨策略，粗磨阶段以调整 TTV 厚度为主，精磨阶段侧重降低表面粗糙度。抛光工艺则可引入化学机械抛光（CMP）技术，优化抛光液成分与抛光时间，实现 TTV 厚度与表面粗糙度的协同改善。

 

建立实时检测与反馈机制

 

利用高精度测量设备，如激光干涉仪、原子力显微镜，对 TTV 厚度与表面粗糙度进行实时同步测量 。将测量数据反馈至加工设备控制系统，通过机器学习算法建立工艺参数与测量指标的关联模型，根据测量结果自动调整加工参数。例如，当检测到表面粗糙度过高且 TTV 厚度偏差在允许范围内时，系统自动降低抛光压力、延长抛光时间，实现二者的协同优化。

 

研发新型加工材料与设备

 

开发新型研磨材料与抛光垫，使其兼具良好的切削性能与表面修整能力，在保证 TTV 厚度控制精度的同时，有效降低表面粗糙度。例如，采用纳米级磨料和特殊孔隙结构的抛光垫，可实现对衬底表面的精细化加工 。研发具备多参数协同控制功能的加工设备，集成 TTV 厚度与表面粗糙度在线测量模块，实现加工过程中对两项指标的实时监控与动态调整。

 

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。