干貨分享 | 碳化硅襯底與外延制造的微污染預防指南

在半導體制造的廣闊領域中，碳化硅（SiC）以其獨特的性能優勢，成為眾多高端應用的首選材料。然而，在碳化硅襯底和外延生產制造過程中，微污染問題一直是制約產品質量和性能的關鍵因素。

微污染的主要來源

• 顆粒污染：空氣中的塵埃、設備磨損產生的顆粒等
• 化學污染：清洗劑殘留、環境中的化學氣體等
• 金屬污染：設備或工具中的金屬離子遷移到襯底表面
• 有機物污染：操作人員或環境中的有機物質
• 襯底污染：襯底表面的顆粒、金屬離子或有機物殘留
• 反應腔污染：外延生長設備（如CVD反應腔）內的顆粒或沉積物
• 氣體污染：外延生長過程中使用的氣體（如SiH?、C?H?）純度不足或含有雜質
• 環境污染：潔凈室空氣中的顆粒或化學污染物
• 人為污染：操作人員引入的顆粒或有機物

微污染的影響

• 電學性能下降：污染會導致器件漏電流增加、擊穿電壓降低
• 表面缺陷：顆粒和化學殘留可能引起表面不平整，影響外延層質量
• 可靠性問題：金屬污染可能引發器件失效，降低可靠性
• 外延層缺陷：污染會導致外延層出現堆垛層錯、位錯等缺陷
• 表面粗糙度增加：顆粒污染會導致外延層表面不平整，影響后續工藝
• 器件可靠性降低：污染可能引發器件早期失效，影響長期穩定性

微污染的控制措施
為了有效控制微污染，可以從這幾個方面入手

• 潔凈室環境：使用高效過濾器（HEPA或ULPA）控制空氣潔凈度，維持高等級潔凈室（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殘留
• 設備材料：使用低污染材料，定期維護設備
• 人員培訓：規范操作，減少人為污染
• 檢測與監控：使用表面分析技術（如AFM、XPS）實時監控污染
• 襯底清洗：在進入外延生長前，徹底清洗襯底，去除顆粒、金屬和有機物污染
• 反應腔清潔：定期維護和清潔外延生長設備，避免腔體內沉積物污染
• 高純度氣體：使用超高純度氣體（如6N或7N級別），并安裝氣體過濾器
• 自動化操作：減少人為干預，降低人為污染風險
• 工藝優化：優化外延生長參數（如溫度、壓力、氣體流量），減少污染引入的可能性

微污染的主要檢測方法

1. 表面分析

• AFM 原子力顯微鏡：檢測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：分析表面化學污染

2. 電學測試

• C-V（電容-電壓）測試：評估外延層的電學性能
• I-V（電流-電壓）測試：檢測漏電流和擊穿特性

3. 化學分析

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