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     Esistono molte somiglianze tra la tecnologia di produzione dei dispositivi in ​​carburo di silicio (SiC) e la tecnologia di produzione del silicio, ma è importante per questo settore in via di sviluppo identificare se le differenze dei materiali influenzeranno la capacità di pulizia. Le differenze tra i materiali includono il coefficiente di diffusione, l'energia superficiale e la forza del legame chimico, che possono tutti svolgere un ruolo nella pulizia delle superfici critiche. In questo lavoro, il livello di contaminazione della superficie della traccia di un wafer di carburo di silicio 100H da 150 mm o 4 mm dopo la mappatura della tensione di capacità della sonda al mercurio (MCV) è stato confrontato con quello dopo la successiva pulizia. Durante l'MCV, sono stati aggiunti in modo controllabile tracce di metalli come mercurio, ferro e nichel ed è stato dimostrato che vari metodi di pulizia possono ripristinare la superficie del carburo di silicio a un livello di pulizia inferiore a 5x1010 atomi/cm2. Vengono discussi la posizione e il confronto dei costi di queste pulizie nel flusso di processo dei dispositivi integrati.

Esperimento e discussione

Sonda a mercurio CV (MCV), TXRF ed esperimento di pulizia

     Al fine di introdurre in modo controllabile gli inquinanti nella superficie del carburo di silicio e testare la capacità di pulizia, il rilevamento del mercurio è stato effettuato su wafer epitassiali di carburo di silicio da 100 mm e 150 mm con densità di microtubuli ultrabassa nel tester Semerab MCV-530, gli inquinanti metallici in tracce sono stati misurati mediante TXRF, i wafer sono stati puliti con vari prodotti chimici detergenti e le tracce di impurità nei wafer puliti sono state nuovamente analizzate. La misurazione MCV viene eseguita utilizzando più modalità di misurazione, come la scansione del raggio, la mappatura dei wafer e misurazioni multiple nella stessa posizione, che consentono alla prima misurazione TXRF di confrontare l'area incontaminata con l'area contaminata e alla TXRF post-pulizia di confrontare l'area incontaminata con l'area contaminata. stato di pre-pulizia.

Immagine 1. Layout di alcuni modelli utilizzati in questo studio; In entrambi i casi, viene visualizzata la posizione del TXRF del wafer in carburo di silicio da 50 mm e con un diametro di circa 10 mm (la modalità sperimentale del wafer in carburo di silicio da 100 mm non è mostrata). A sinistra: la scansione del raggio a 10 punti MCV (punto di misurazione del diametro di ~ 1.7 mm) consente la misurazione TXRF a 5 punti per analizzare aree contaminate da mercurio e aree prive di mercurio. A destra: misurazione TXRF a 165 punti su un wafer in carburo di silicio 150H da 4 mm visualizzato su una base TXRF da 200 mm.Risultati MCV, TXRF pre-pulizia e TXRF post-puliziaÈ stato dimostrato che tutte le operazioni di pulizia sono efficaci nel rimuovere un certo grado di impurità metalliche. Il livello di mercurio mappato misurato su un wafer di carburo di silicio da 100 mm con anodo di molibdeno TXRF ha mostrato che è diminuito dal valore medio tipico di 2.5x1013 atomi/cm2 e il valore massimo tipico di 2.4x1014 atomi/cm2 al livello inferiore al limite di rilevamento di 300 secondi ~7x1010 atomi/cm2 immediatamente dopo il test epitassiale. La pulizia RCA su wafer in carburo di silicio da 50 mm si è rivelata efficace nella rimozione di mercurio, nichel, ferro e altri metalli. I risultati della misurazione dopo la pulizia sono inferiori al limite di rilevamento della sequenza RCA concentrata, inferiori a quello della sequenza RCA diluita, ma comunque misurabili.La Fig. 2 illustra il confronto dei valori misurati TXRF mappati prima e dopo la pulizia RCA diluita. La contaminazione da ferro sulla superficie era confinata vicino al bordo del wafer prima della pulizia e queste posizioni potevano ancora essere misurate dopo la pulizia con RCA diluito, sebbene fossero ridotte. Per motivi di resa e affidabilità, l'andamento della pulizia può essere osservato su vari metalli interessati (inclusi mercurio, ferro e nichel) e l'andamento della pulizia può essere osservato ripetutamente su più wafer.

Immagine 2. La contaminazione da ferro misurata sulla superficie del wafer in carburo di silicio 150H da 4 mm è stata pulita a 50 ℃ secondo la sequenza RCA di 1:2:50, ogni volta per 5 minuti, nei serbatoi SC1 e SC2 di DHF e il tempo di pulizia è stato di 30 secondi. Nella fase di prelavaggio la concentrazione di ferro sui bordi è elevata. Sebbene la concentrazione di ferro in tutte le aree diminuisca dopo la pulizia, la concentrazione è ancora superiore al limite di rilevamento di questo processo.Per motivi di resa e affidabilità, l'andamento della pulizia può essere osservato su vari metalli correlati (inclusi calcio, mercurio, ferro e nichel) e l'andamento della pulizia può essere osservato ripetutamente su più wafer, sebbene alcuni elementi siano completamente puliti fino al di sotto della soglia limite di rilevazione di TXRF utilizzando acido dicloroacetico diluito (titanio, cromo, rame e zinco). La Fig. 3 illustra l'uso del processo RCA diluito per ridurre la contaminazione superficiale del nichel. Ancora una volta, si nota che la concentrazione di nichel è maggiore sul bordo del wafer e la pulizia ha reso la maggior parte delle aree inferiori al limite di rilevamento della misurazione.

Immagine 3. La contaminazione da nichel mappata sulla superficie misurata prima e dopo la pulizia a 50 ℃ per 5 minuti (ogni serbatoio SC1 e 2, fase DHF) su un wafer in carburo di silicio 150H da 4 mm in sequenza RCA di 1:2:50 è stata eseguita per 30 secondi. Nella fase di prelavaggio la concentrazione di nichel sul bordo è elevata. Sebbene il nichel in tutte le aree diminuisca dopo la pulizia, in alcuni punti la concentrazione di nichel è ancora superiore al limite di rilevamento.

sommario
     Poiché è noto che la chimica RCA può rimuovere gli inquinanti ossidando la superficie del silicio e rimuovendo gli ossidi nel fluoruro di idrogeno, questo meccanismo potrebbe non essere realizzato sul carburo di silicio, poiché non si prevede che queste sostanze chimiche incidano o ossidino il carburo di silicio alla temperatura utilizzata in questo lavoro . Nel lavoro precedente, è stato proposto che la rugosità svolga un ruolo nel catturare gli inquinanti metallici e che il trattamento con acido fluoridrico fa sì che la superficie idrofila sia per lo più terminata da idrossido di silicio e gruppi carbonio-ossigeno. I risultati mostrano che l'RCA diluito con tempi più brevi e temperature più basse non è efficace nella rimozione di ferro, nichel e possibile mercurio. Sebbene la rugosità possa essere un fattore, l’effetto della temperatura e del tempo può indicare che la dissoluzione dei metalli (acido cloridrico e NH4OH) nella chimica SC1 e SC2 è il meccanismo principale, ma suggeriamo qui che possa svolgere un ruolo attraverso la diffusione di strato superficiale di idrossile di silicio e carbonio-ossigeno. Va inoltre notato che l’esatto meccanismo di aggiunta di ferro e nichel non è ancora chiaro e che le possibili cause principali sono il trattamento dei bordi della scatola di immersione e/o la contaminazione della produzione dei wafer. Poiché il costo è fortemente influenzato dal tempo (che incide sulla produzione) e dalla concentrazione (che incide sul costo del materiale e sul costo del trattamento), ma meno influenzato dalla temperatura (che incide solo sul costo iniziale dell'attrezzatura), è significativo esplorare i parametri per controllare la rimozione degli inquinanti metallici in futuro. È anche auspicabile eseguire questo lavoro in apparecchiature in grado di effettuare il trattamento a spruzzo, poiché una portata maggiore vicino al wafer può ottenere un tasso di dissoluzione elevato, che consente alle impurità di diffondersi più rapidamente dalla superficie (15). Questo effetto è stato ben valutato nella rimozione dei polimeri (16) e la valutazione del carburo di silicio può anche mostrare la sua relazione con i contaminanti metallici, sebbene la lavorazione in questa apparecchiatura possa far sì che il valore del contaminante superficiale sia ulteriormente inferiore al limite di rilevamento TXRF.

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