"Hualinkona-Semiconductor Craft" MOSFET en carbure de silicium Traitement humide devant le four après fabrication

     Il existe de nombreuses similitudes entre la technologie de fabrication des dispositifs en carbure de silicium (SiC) et la technologie de fabrication du silicium, mais il est important pour ce domaine en développement d'identifier si les différences de matériaux affecteront la capacité de nettoyage. Les différences entre les matériaux incluent le coefficient de diffusion, l'énergie de surface et la force de liaison chimique, qui peuvent tous jouer un rôle dans le nettoyage des surfaces critiques. Dans ce travail, le niveau de contamination de la surface des traces d'une plaquette de carbure de silicium 100H de 150 mm ou 4 mm après cartographie de la tension de capacité de la sonde à mercure (MCV) a été comparé à celui après un nettoyage ultérieur. Au cours du MCV, des métaux traces tels que le mercure, le fer et le nickel ont été ajoutés de manière contrôlée, et il a été démontré que diverses méthodes de nettoyage peuvent restaurer la surface du carbure de silicium à un niveau de propreté inférieur à 5x1010 atomes/cm2. La place et la comparaison des coûts de ces nettoyages dans le flux de processus des appareils intégrés sont discutées.

Expérimentation et discussion

Sonde à mercure CV (MCV), TXRF et expérience de nettoyage

     Afin d'introduire de manière contrôlée des polluants dans la surface du carbure de silicium et de tester la capacité de nettoyage, la détection du mercure a été effectuée sur des tranches épitaxiales de carbure de silicium de 100 mm et 150 mm avec une densité de microtubules ultra-faible dans le testeur Semerab MCV-530, les polluants métalliques traces ont été mesurés par TXRF, les tranches ont été nettoyées avec divers produits chimiques de nettoyage et les traces d'impuretés présentes dans les tranches nettoyées ont été à nouveau analysées. La mesure MCV est effectuée à l'aide de plusieurs modes de mesure, tels que le balayage du rayon, la cartographie des tranches et plusieurs mesures au même endroit, ce qui permet à la première mesure TXRF de comparer la zone non contaminée avec la zone contaminée, et au TXRF post-nettoyage de comparer le état de pré-nettoyage.

Figure 1. Disposition de certains modèles utilisés dans cette étude ; Dans les deux cas, la position du TXRF d'une plaquette de carbure de silicium de 50 mm et d'un diamètre d'environ 10 mm est affichée (le mode expérimental d'une plaquette de carbure de silicium de 100 mm n'est pas représenté). Gauche : Le balayage à rayon de 10 points du MCV (point de mesure d'un diamètre d'environ 1.7 mm) permet une mesure TXRF en 5 points pour analyser les zones contaminées par le mercure et les zones sans mercure. À droite : mesure TXRF en 165 points sur une plaquette de carbure de silicium 150H de 4 mm affichée sur une base TXRF de 200 mm.Résultats MCV, TXRF avant nettoyage et TXRF après nettoyageTous les nettoyages se sont avérés efficaces pour éliminer un certain degré d’impuretés métalliques. Le niveau de mercure cartographié mesuré sur une plaquette de carbure de silicium de 100 mm avec une anode en molybdène TXRF a montré qu'il a diminué depuis la valeur moyenne typique de 2.5x1013 atomes/cm2 et la valeur maximale typique de 2.4x1014 atomes/cm2 jusqu'au niveau inférieur à la limite de détection de 300. secondes ~7x1010 atomes/cm2 immédiatement après le test épitaxial. Le nettoyage RCA sur une plaquette de carbure de silicium de 50 mm s'est avéré efficace pour éliminer le mercure, le nickel, le fer et d'autres métaux. Les résultats de mesure après nettoyage sont inférieurs à la limite de détection de la séquence RCA concentrée, inférieure à celle de la séquence RCA diluée, mais toujours mesurables.La figure 2 illustre la comparaison des valeurs mesurées de TXRF cartographiées avant et après le nettoyage dilué du RCA. La contamination par le fer sur la surface était confinée près du bord de la tranche avant le nettoyage, et ces emplacements pouvaient encore être mesurés après le nettoyage avec du RCA dilué, bien qu'ils aient été réduits. Dans un souci de rendement et de fiabilité, la tendance au nettoyage peut être observée sur divers métaux intéressés (notamment le mercure, le fer et le nickel), et la tendance au nettoyage peut être observée à plusieurs reprises sur plusieurs tranches.

Figure 2. La contamination par le fer mesurée sur la surface d'une plaquette de carbure de silicium 150H de 4 mm a été nettoyée à 50 ℃ selon la séquence RCA de 1:2:50, à chaque fois pendant 5 minutes, dans les réservoirs SC1 et SC2 de DHF, et le temps de nettoyage était de 30 secondes. Lors de la phase de pré-nettoyage, la concentration en fer en bordure est élevée. Bien que la concentration de fer dans toutes les zones diminue après le nettoyage, la concentration reste supérieure à la limite de détection de ce processus.Par souci de rendement et de fiabilité, la tendance au nettoyage peut être observée sur divers métaux apparentés (notamment le calcium, le mercure, le fer et le nickel), et la tendance au nettoyage peut être observée à plusieurs reprises sur plusieurs tranches, bien que certains éléments soient complètement nettoyés en dessous de la limite de détection du TXRF en utilisant de l'acide dichloroacétique dilué (titane, chrome, cuivre et zinc). La figure 3 illustre l'utilisation du procédé RCA dilué pour réduire la contamination de surface du nickel. Là encore, on constate que la concentration de nickel est plus élevée au bord de la plaquette, et le nettoyage a rendu la plupart des zones inférieures à la limite de détection de mesure.

Figure 3. La contamination en nickel cartographiée en surface mesurée avant et après le nettoyage à 50 ℃ pendant 5 minutes (chaque réservoir SC1 et 2, étape DHF) sur une plaquette de carbure de silicium 150H de 4 mm dans une séquence RCA de 1:2:50 a été réalisée pendant 30 secondes. Lors de la phase de pré-nettoyage, la concentration en nickel en bordure est élevée. Bien que le nickel diminue dans toutes les zones après le nettoyage, la concentration de nickel est encore supérieure à la limite de détection à certains endroits.

Sommaire
     Puisqu'il est connu que la chimie RCA peut éliminer les polluants en oxydant la surface du silicium et en éliminant les oxydes du fluorure d'hydrogène, ce mécanisme pourrait ne pas être réalisé sur le carbure de silicium, car ces produits chimiques ne devraient pas attaquer ou oxyder le carbure de silicium à la température utilisée dans ce travail. . Dans des travaux antérieurs, il a été proposé que la rugosité joue un rôle dans la capture des polluants métalliques et que le traitement au fluorure d'hydrogène aboutit à ce que la surface hydrophile soit principalement terminée par des groupes hydroxyde de silicium et carbone-oxygène. Les résultats montrent que le RCA dilué avec un temps plus court et une température plus basse n'est pas efficace pour éliminer le fer, le nickel et éventuellement le mercure. Bien que la rugosité puisse être un facteur, l'effet de la température et du temps peut indiquer que la dissolution des métaux (acide chlorhydrique et NH4OH) dans la chimie SC1 et SC2 est le mécanisme principal, mais nous suggérons ici qu'elle peut jouer un rôle à travers la diffusion de couche superficielle d'hydroxyle de silicium et de carbone-oxygène. Il convient également de noter que le mécanisme exact de l’ajout de fer et de nickel n’est pas encore clair, et que le traitement des bords de la boîte d’immersion et/ou la contamination de la fabrication des plaquettes en sont les causes possibles. Comme le coût est fortement affecté par le temps (affectant le rendement) et la concentration (affectant le coût du matériau et le coût du traitement), mais moins affecté par la température (affectant uniquement le coût initial de l'équipement), il est important d'explorer les paramètres de contrôle de l'élimination. des polluants métalliques à l'avenir. Il est également souhaitable d'effectuer ce travail dans un équipement capable de traiter par pulvérisation, car un débit plus élevé à proximité de la plaquette peut permettre d'obtenir une vitesse de dissolution élevée, ce qui permet aux impuretés de se diffuser plus rapidement hors de la surface (15). Cet effet a été bien évalué dans l'élimination des polymères (16), et l'évaluation du carbure de silicium peut également montrer sa relation avec les contaminants métalliques, bien que le traitement dans cet équipement puisse rendre la valeur des contaminants de surface encore inférieure à la limite de détection TXRF.

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