摘 要：在外延加工過程中定期檢漏，定期維護，及時監控防漏。如果系統漏氣，系統氣密性不良，H2的純化不夠，造成外延系統中的氧含量的增加以及清洗時殘留水印等，會造成嚴重的霧片和微缺陷，嚴重影響器件的性能，所以必須使用專業檢漏儀器定期對系統進行檢漏，定期對系統進行維護。氣源使用末期也要進行氣源純度的驗證，氣源剩余量不能超出設定的下限。
關鍵詞：外延片,表面缺陷,云霧狀缺陷
本文對金屬及多種雜質的存在與硅外延片缺陷的相關性進行了分析，同時也給出了解決方法。
1.在外延加工過程中，受襯底及外延工藝條件，系統設置等的影響，外延后會出現各種外延缺陷。外延缺陷的存在，使晶體排列規律發生改變，晶格不完整，造成器件漏電，功能異常。
按照外延缺陷在外延層的位置可分為兩大類：一類是在表面的外延缺陷，也叫宏觀缺陷，一般都可以通過強光燈目視及金相顯微鏡看到，如亮點，塌邊，角體錐，圓錐體、月牙、魚尾、橘皮，霧狀表面等;另一類是存在外延層內部的晶格結構缺陷，也叫微觀缺陷，如層錯、滑移線、位錯、高阻夾層等。
其中霧狀表面是一種存在于外延層表面，呈現霧狀的晶體缺陷。經過化學腐蝕顯示后目視直接觀察到，如果在顯微鏡下觀察則是一些小的腐蝕坑缺陷。霧狀表面是因為腐蝕坑的漫散射作用，在強光燈下觀察缺陷呈白霧狀，這種缺陷在外延表面有時呈彌散狀，有時呈局部霧斑，嚴重時覆蓋外延片整個表面。<111>面上，這些缺陷呈淺正三角形平底坑，或呈V形或棒形，常見尺寸為0.1-0.8微米，稱為霧點。用離子探針分析有霧狀缺陷的外延片，發現所含雜質有鈉，鉀，鈣，鋁，鎂，氧，碳等.早有通過SIMS的研究論證了重金屬雜質和微缺陷在硅片中的特性和分布規律為：金屬雜質常處在硅單晶的界面3-4微米的范圍內，又集中在表層和晶格缺陷處等，因為缺陷位置可以形成金屬雜質的誘陷中心，另外金屬離子尤其是重金屬離子是深能級雜質，它能復合硅單晶中的電子，空穴，使晶體中少子壽命嚴重減小，漏電流增加。這些金屬雜質在硅中有很大的擴散系數，由于擴散系數大，當硅單晶片在高溫下反復加工時，雜質會進入硅片內部，使器件漏電流增大，PN結軟擊穿，特別是雙極型器件E-C問題，材料電阻率會發生變化。 再有，這些金屬雜質極易在晶體中的缺陷處沉淀，在沉淀周圍產生應力是產生PN結漏電流大，軟擊穿的主要原因之一。
2.下面來分析一下這些霧狀缺陷中雜質的來源，硅外延片中的雜質來源于多種渠道，硅外延片使用的襯底即硅單晶片切片、磨片、拋過程中的沾污，其余工序中也可能帶入;硅外延淀積過程中的雜質污染。
2.1硅單晶制備過程中磨削過程是金屬雜質沾污的一個重要原因，磨削過程中可能帶入鈉，鎂，鈣，等金屬離子，還有磨盤上的鐵離子在研磨過程中可能會吸附在加工材料的表面，在后續外延過程中會帶入反應室。所以采用在磨削溶液中加入螯合劑，螯合劑能與不穩定的金屬離子形成穩定的螯合物從而去除金屬離子。 2.2外延過程中引入雜質及解決方法：
2.2.1外延用襯底吸雜：在襯底背面淀積一層多晶硅然后覆蓋一層SIO2背封層，或者進行背損處理，以阻擋外延系統及基座的雜質沾污，另一方面有效地吸除金屬雜質。襯底自身高溫揮發出來的雜質會在背面多晶，背損區域被誘陷。
2.2.2使用高純度的氣源，氣源使用初期應該先檢漏再趕氣充分，后通過工藝驗證合格，比如測試硅本征電阻率，擴散長度，金屬含量測試等。在外延加工過程中定期檢漏，定期維護，及時監控防漏。如果系統漏氣，系統氣密性不良，H2的純化不夠，造成外延系統中的氧含量的增加以及清洗時殘留水印等，會造成嚴重的霧片和微缺陷，嚴重影響器件的性能，所以必須使用專業檢漏儀器定期對系統進行檢漏，定期對系統進行維護。氣源使用末期也要進行氣源純度的驗證，氣源剩余量不能超出設定的下限。
2.2.3外延基座及鐘罩，石英配件等必須處理充分，在外延前對以上設備工裝進行高溫烘烤，刻蝕處理，以去除其上疏松的多晶硅可能吸附的空氣中之金屬等多種雜質，尤其是在進行工裝更換之后，高溫烘烤和刻蝕基座和鐘罩是非常有必要的。一般經過幾個CYCLE的高溫，HCL刻蝕過程，系統中的雜質及輕金屬就可以隨著帶出反應室。存在于基座，鐘罩及系統中的輕金屬在HCL刻蝕時的反應如下：
金屬+SIC→金屬硅化物+C
金屬硅化物+HCL →金屬氯化物+SICL4
輕金屬被HCL 腐蝕后形成易揮發的金屬氯化物，而被帶出反應室，最終不易造成金屬沾污。
但是重金屬雜質質量大，且物質在氣相中的擴散系數大體上與其物質的分子量成正比，因而較難擴散出滯留層面帶出反應室外，仍有一部分金屬雜質存留在滯留層內或又重新吸附在拋光后的硅片表面，進而在外延生長時進入外延層。反應如下：
SIC+HCL+金屬→SICL4+CXHY+金屬。
重金屬在HCl和SIC的反應中充當了催化劑，對“霧”的形成主要起了催化劑的作用，這些金屬會一直留在基座，鐘罩及系統內，而不能被帶出反應室。所以采用高溫BAKE,氣源變流量進行解吸過程，即采用比外延溫度高出50度-100度的高溫，氣源流量變流量循環6個周期。高溫會使基座，鐘罩，襯底等石英舟的雜質揮發，從而減少自摻雜效應，高溫變流量會使反應腔內的氣體滯流層由靜態變化到動態，會有效的解吸掉這些重金屬雜質，并排除反應室。然后再按照正常外延的工藝設定進行生產。解吸工藝大大減低了缺陷密度，從而為大規模集成電路提供優質表面的襯底。
2.2.4硅單晶片在外延之前氣相拋光充分，在外延生長前氣相拋光時，將吸附在硅片表面的有害雜質和損傷層去掉。
硅單晶表面存在著未飽和鍵，根據朗格繆爾吸附理論，這種剩余鍵力使硅表面存在力場。這種力場將和與之接觸的物質分子，原子，離子等進行類似化學反應的作用，并放出熱量。 所以雜質污染很容易吸附在硅片表面，不容易去除，所以在外延加工過程中高溫 H2 BAKE襯底片，使其內部雜質得到揮發，離開襯底表面，從而減少缺陷的進一步延伸。
2.2.5操作工具的雜質沾污：如真空筆接觸基座;系統鐘罩，石英配件在清洗過程中碰觸到金屬制品，操作人員徒手部分觸碰到等從而造成系統的沾污。
2.2.6量產設備的工裝維護和維修時不能采用實驗和調試用的工裝，避免交叉雜質沾污。比如調試設備使用的基座不能用在量產設備系統中。
2.2.7外延工藝溫度不能太低，溫度太低會造成拋光不充分，氣源反應不充分，造成表面霧狀缺陷。
2.2.8 硅片在清洗和存放過程中，雖然試劑和存放環境是超凈的，但由于表面力場的存在，會將周圍和流過表面氣體中的超微量雜質吸附于表面，從而滿足硅片表面不飽和鍵的吸附。所用使用SC1 SC2 去除表面雜質沾污和金屬沾污。尤其是SC2對金屬離子去除有很好的效果，其中H2O2的加入有效抑制了金屬的沉淀。
通過各個環節工藝的改進可使硅片表面缺陷降低3-4個數量級，達到亮片效果。
3.結論：外延霧狀缺陷嚴重影響到產品的成品率及器件性能。金屬及雜質沾污是霧狀缺陷形成的主要原因。單晶制備過程、外延加工過程雜質及金屬沾污不可避免。磨削液中加入螯合劑，硅片清洗通過SC1 SC2，外延加工工藝溫度的正確設定、襯底預備處理充分、氣源的正確使用對去除硅片表面金屬及其余雜質沾污效果明顯。
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