在半導(dǎo)體制造的廣闊領(lǐng)域中，碳化硅（SiC）以其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，成為眾多高端應(yīng)用的首選材料。然而，在碳化硅襯底和外延生產(chǎn)制造過程中，微污染問題一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵因素。

微污染的主要來源

• 顆粒污染：空氣中的塵埃、設(shè)備磨損產(chǎn)生的顆粒等
• 化學(xué)污染：清洗劑殘留、環(huán)境中的化學(xué)氣體等
• 金屬污染：設(shè)備或工具中的金屬離子遷移到襯底表面
• 有機(jī)物污染：操作人員或環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)
• 襯底污染：襯底表面的顆粒、金屬離子或有機(jī)物殘留
• 反應(yīng)腔污染：外延生長(zhǎng)設(shè)備（如CVD反應(yīng)腔）內(nèi)的顆?；虺练e物
• 氣體污染：外延生長(zhǎng)過程中使用的氣體（如SiH?、C?H?）純度不足或含有雜質(zhì)
• 環(huán)境污染：潔凈室空氣中的顆?；蚧瘜W(xué)污染物
• 人為污染：操作人員引入的顆粒或有機(jī)物

微污染的影響

• 電學(xué)性能下降：污染會(huì)導(dǎo)致器件漏電流增加、擊穿電壓降低
• 表面缺陷：顆粒和化學(xué)殘留可能引起表面不平整，影響外延層質(zhì)量
• 可靠性問題：金屬污染可能引發(fā)器件失效，降低可靠性
• 外延層缺陷：污染會(huì)導(dǎo)致外延層出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)、位錯(cuò)等缺陷
• 表面粗糙度增加：顆粒污染會(huì)導(dǎo)致外延層表面不平整，影響后續(xù)工藝
• 器件可靠性降低：污染可能引發(fā)器件早期失效，影響長(zhǎng)期穩(wěn)定性

微污染的控制措施
為了有效控制微污染，可以從這幾個(gè)方面入手

• 潔凈室環(huán)境：使用高效過濾器（HEPA或ULPA）控制空氣潔凈度，維持高等級(jí)潔凈室（如ISO Class 5或更高）
• 清洗工藝：采用RCA清洗等方法去除顆粒和化學(xué)殘留
• 設(shè)備材料：使用低污染材料，定期維護(hù)設(shè)備
• 人員培訓(xùn)：規(guī)范操作，減少人為污染
• 檢測(cè)與監(jiān)控：使用表面分析技術(shù)（如AFM、XPS）實(shí)時(shí)監(jiān)控污染
• 襯底清洗：在進(jìn)入外延生長(zhǎng)前，徹底清洗襯底，去除顆粒、金屬和有機(jī)物污染
• 反應(yīng)腔清潔：定期維護(hù)和清潔外延生長(zhǎng)設(shè)備，避免腔體內(nèi)沉積物污染
• 高純度氣體：使用超高純度氣體（如6N或7N級(jí)別），并安裝氣體過濾器
• 自動(dòng)化操作：減少人為干預(yù)，降低人為污染風(fēng)險(xiǎn)
• 工藝優(yōu)化：優(yōu)化外延生長(zhǎng)參數(shù)（如溫度、壓力、氣體流量），減少污染引入的可能性

微污染的主要檢測(cè)方法

1. 表面分析

• AFM 原子力顯微鏡：檢測(cè)表面粗糙度和顆粒污染
• SEM 掃描電子顯微鏡：觀察表面形貌和缺陷
• XPS X射線光電子能譜：分析表面化學(xué)污染

2. 電學(xué)測(cè)試

• C-V（電容-電壓）測(cè)試：評(píng)估外延層的電學(xué)性能
• I-V（電流-電壓）測(cè)試：檢測(cè)漏電流和擊穿特性

3. 化學(xué)分析

• SIMS 二次離子質(zhì)譜：檢測(cè)金屬和輕元素污染
• ICP-MS 電感耦合等離子體質(zhì)譜：定量分析金屬雜質(zhì)