"Hualinkona-Semiconductor Craft" MOSFET de carburo de silicio Tratamiento húmedo delante del horno después de la fabricación

HACIA EL FUTURO

     Existen muchas similitudes entre la tecnología de fabricación de dispositivos de carburo de silicio (SiC) y la tecnología de fabricación de silicio, pero es importante para este campo en desarrollo identificar si las diferencias de materiales afectarán la capacidad de limpieza. Las diferencias entre materiales incluyen el coeficiente de difusión, la energía superficial y la fuerza de los enlaces químicos, todos los cuales pueden desempeñar un papel en la limpieza de superficies críticas. En este trabajo, se comparó el nivel de contaminación de la superficie de trazas de una oblea de carburo de silicio 100H de 150 mm o 4 mm después del mapeo del voltaje de capacitancia (MCV) de la sonda de mercurio con el de la limpieza posterior. Durante MCV, se agregaron de forma controlada trazas de metales como mercurio, hierro y níquel, y se demostró que varios métodos de limpieza pueden restaurar la superficie del carburo de silicio a un nivel de limpieza inferior a 5x1010 átomos/cm2. Se discute la posición y comparación de costos de estas limpiezas en el flujo de proceso de dispositivos integrados.

Experimento y discusión

Sonda de mercurio CV (MCV), TXRF y experimento de limpieza.

     Para introducir contaminantes de forma controlable en la superficie del carburo de silicio y probar la capacidad de limpieza, se llevó a cabo la detección de mercurio en obleas epitaxiales de carburo de silicio de 100 mm y 150 mm con una densidad de microtúbulos ultrabaja en el probador Semerab MCV-530, los contaminantes metálicos traza se midieron mediante TXRF, las obleas se limpiaron con varios productos químicos de limpieza y se analizaron nuevamente las trazas de impurezas en las obleas limpias. La medición de MCV se lleva a cabo utilizando múltiples modos de medición, como escaneo de radio, mapeo de oblea y múltiples mediciones en la misma ubicación, lo que permite que la primera medición TXRF compare el área no contaminada con el área contaminada, y el TXRF posterior a la limpieza compare el estado de prelimpieza.

Figura 1. Disposición de algunos modelos utilizados en este estudio; En ambos casos, se muestra la posición de TXRF de una oblea de carburo de silicio de 50 mm y un diámetro de aproximadamente 10 mm (no se muestra el modo experimental de una oblea de carburo de silicio de 100 mm). Izquierda: el escaneo de radio de 10 puntos MCV (punto de medición de ~ 1.7 mm de diámetro) permite la medición TXRF de 5 puntos para analizar áreas contaminadas con mercurio y áreas libres de mercurio. Derecha: medición TXRF de 165 puntos en una oblea de carburo de silicio 150H de 4 mm mostrada sobre una base TXRF de 200 mm.Resultados de MCV, TXRF previo a la limpieza y TXRF posterior a la limpiezaSe ha demostrado que toda limpieza es eficaz para eliminar cierto grado de impurezas metálicas. El nivel de mercurio mapeado medido en una oblea de carburo de silicio de 100 mm con ánodo de molibdeno TXRF mostró que disminuyó desde el valor promedio típico de 2.5x1013 átomos/cm2 y el valor máximo típico de 2.4x1014 átomos/cm2 hasta el nivel por debajo del límite de detección de 300 segundos ~7x1010 átomos/cm2 inmediatamente después de la prueba epitaxial. Se ha demostrado que la limpieza RCA en oblea de carburo de silicio de 50 mm es eficaz para eliminar mercurio, níquel, hierro y otros metales. Los resultados de la medición después de la limpieza son inferiores al límite de detección de la secuencia RCA concentrada, inferiores al de la secuencia RCA diluida, pero aún así son mensurables.La figura 2 ilustra la comparación de los valores medidos de TXRF mapeados antes y después de la limpieza con RCA diluido. La contaminación por hierro en la superficie estaba confinada cerca del borde de la oblea antes de la limpieza, y estas ubicaciones aún podían medirse después de la limpieza con RCA diluido, aunque se redujeron. En aras del rendimiento y la confiabilidad, la tendencia de limpieza se puede observar en varios metales interesados (incluidos mercurio, hierro y níquel), y la tendencia de limpieza se puede observar repetidamente en múltiples obleas.

Figura 2. La contaminación de hierro medida en la superficie de una oblea de carburo de silicio 150H de 4 mm se limpió a 50 ℃ según la secuencia RCA de 1:2:50, cada vez durante 5 minutos, en tanques SC1 y SC2 de DHF, y el tiempo de limpieza fue de 30 segundos. En la etapa de limpieza previa, la concentración de hierro en el borde es alta. Aunque la concentración de hierro en todas las áreas disminuye después de la limpieza, la concentración sigue siendo superior al límite de detección de este proceso.En aras del rendimiento y la confiabilidad, la tendencia de limpieza se puede observar en varios metales relacionados (incluidos calcio, mercurio, hierro y níquel), y la tendencia de limpieza se puede observar repetidamente en múltiples obleas, aunque algunos elementos se limpian completamente hasta debajo del Límite de detección de TXRF utilizando ácido dicloroacético diluido (titanio, cromo, cobre y zinc). La figura 3 ilustra el uso del proceso RCA diluido para reducir la contaminación superficial del níquel. Nuevamente, se observa que la concentración de níquel es mayor en el borde de la oblea, y la limpieza ha hecho que la mayoría de las áreas estén por debajo del límite de detección de medición.

Figura 3. La contaminación de níquel en la superficie medida antes y después de la limpieza a 50 ℃ durante 5 minutos (cada tanque SC1 y 2, paso DHF) en una oblea de carburo de silicio 150H de 4 mm en una secuencia RCA de 1:2:50 se realizó durante 30 segundos. En la etapa de limpieza previa, la concentración de níquel en el borde es alta. Aunque el níquel en todas las zonas disminuye después de la limpieza, la concentración de níquel sigue siendo superior al límite de detección en algunos lugares.

resumen
     Dado que se sabe que la química RCA puede eliminar contaminantes oxidando la superficie del silicio y eliminando los óxidos del fluoruro de hidrógeno, es posible que este mecanismo no se realice en el carburo de silicio, porque no se espera que estos productos químicos graben u oxiden el carburo de silicio a la temperatura utilizada en este trabajo. . En el trabajo anterior, se propuso que la rugosidad juega un papel en la captura de contaminantes metálicos, y el tratamiento con fluoruro de hidrógeno da como resultado que la superficie hidrófila esté terminada principalmente por grupos de hidróxido de silicio y carbono-oxígeno. Los resultados muestran que el RCA diluido con menor tiempo y menor temperatura no es efectivo para eliminar hierro, níquel y posible mercurio. Aunque la rugosidad puede ser un factor, el efecto de la temperatura y el tiempo puede indicar que la disolución de metales (ácido clorhídrico y NH4OH) en la química SC1 y SC2 es el mecanismo principal, pero sugerimos aquí que puede desempeñar un papel a través de la difusión de Capa superficial de hidroxilo de silicio y carbono-oxígeno. También cabe señalar que el mecanismo exacto de adición de hierro y níquel aún no está claro, y el tratamiento de los bordes de la caja de inmersión y/o la contaminación de la fabricación de obleas son las posibles causas fundamentales. Como el costo se ve muy afectado por el tiempo (que afecta la producción) y la concentración (que afecta el costo del material y el costo del tratamiento), pero se ve menos afectado por la temperatura (que solo afecta el costo inicial del equipo), es importante explorar los parámetros para controlar la eliminación. de contaminantes metálicos en el futuro. También es deseable llevar a cabo este trabajo en equipos capaces de realizar un tratamiento por pulverización, porque un mayor caudal cerca de la oblea puede lograr una alta tasa de disolución, lo que permite que las impurezas se difundan fuera de la superficie (15) más rápidamente. Este efecto ha sido bien evaluado en la eliminación de polímeros (16), y la evaluación del carburo de silicio también puede mostrar su relación con los contaminantes metálicos, aunque el procesamiento en este equipo puede causar que el valor del contaminante de la superficie sea aún más bajo que el límite de detección de TXRF.

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