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     炭化ケイ素 (SiC) デバイス製造技術とシリコン製造技術の間には多くの類似点がありますが、材料の違いが洗浄能力に影響を与えるかどうかを特定することは、この発展途上の分野にとって重要です。 材料の違いには、拡散係数、表面エネルギー、化学結合強度が含まれ、これらすべてが重要な表面の洗浄に役割を果たします。 この研究では、水銀プローブ容量電圧 (MCV) マッピング後の 100 mm または 150 mm 4H 炭化ケイ素ウェハの痕跡表面汚染レベルを、その後の洗浄後の汚染レベルと比較しました。 MCV では、水銀、鉄、ニッケルなどの微量金属が制御可能に添加され、さまざまな洗浄方法で炭化ケイ素の表面を 5x1010 原子 /cm2 未満の清浄度レベルに回復できることが示されました。 統合デバイスのプロセスフローにおけるこれらの洗浄の位置とコストの比較について説明します。

実験と議論

水星探査機CV(MCV)、TXRF、洗浄実験

     炭化ケイ素の表面に汚染物質を制御して導入し、洗浄能力をテストするために、Semerab MCV-100 テスターで超低微小管密度の 150 mm および 530 mm エピタキシャル炭化ケイ素ウェーハで水銀検出を実行し、微量金属汚染物質を測定しました。 TXRFでは、ウェーハをさまざまな洗浄剤で洗浄し、洗浄したウェーハ中の微量不純物を再度分析しました。 MCV 測定は、半径スキャン、ウェーハ マッピング、同じ場所での複数の測定などの複数の測定モードを使用して実行されます。これにより、最初の TXRF 測定で汚染されていない領域と汚染された領域を比較し、洗浄後の TXRF で汚染されていない領域を比較することができます。洗浄前の状態。

図1。 この研究で使用されたいくつかのモデルのレイアウト。 どちらの場合も、直径約 50 mm の 10 mm 炭化ケイ素ウェーハの TXRF の位置が表示されます (100 mm 炭化ケイ素ウェーハの実験モードは示されていません)。 左: MCV 10 点半径スキャン (直径約 1.7 mm の測定点) により、5 点 TXRF 測定で水銀汚染領域と水銀のない領域を分析できます。 右: 165mm TXRF ベース上に表示された 150mm 4H 炭化ケイ素ウェーハ上の 200 ポイント TXRF 測定。MCV、クリーニング前 TXRF およびクリーニング後の TXRF の結果すべての洗浄は、ある程度の金属不純物を除去するのに効果的であることが証明されています。 モリブデンアノード TXRF を備えた 100 mm 炭化ケイ素ウェーハ上で測定されたマッピングされた水銀レベルは、典型的な平均値 2.5x1013 原子/cm2 および典型的な最大値 2.4x1014 原子/cm2 から、検出限界の 300 未満のレベルまで減少したことを示しました。エピタキシャル試験直後、約 7x1010 原子/cm2。 50 mm 炭化ケイ素ウェーハの RCA 洗浄は、水銀、ニッケル、鉄、その他の金属の除去に効果的であることが証明されています。洗浄後の測定結果は、濃縮 RCA シーケンスの検出限界よりも低く、希釈 RCA シーケンスの検出限界よりも低くなりますが、それでも測定可能です。図 2 は、希釈 RCA 洗浄の前後でマッピングされた TXRF 測定値の比較を示しています。 表面上の鉄汚染は、洗浄前はウェーハの端付近に限定されており、希釈 RCA で洗浄した後でも、これらの位置は減少しましたが、依然として測定できました。 歩留まりと信頼性を高めるために、さまざまな対象金属 (水銀、鉄、ニッケルなど) で洗浄傾向を観察することができ、複数のウェーハで洗浄傾向を繰り返し観察することができます。

図2。 150mm 4H 炭化ケイ素ウェーハの表面で測定した鉄汚染を、DHF の SC50&SC1 タンク内で 2:50:5 の RCA シーケンスに従って 1℃、各回 2 分間洗浄し、洗浄時間は 30 秒でした。 前洗浄の段階では、エッジ部分の鉄濃度が高くなります。洗浄後は全エリアの鉄濃度が低下しますが、それでもこの工程の検出限界より高い濃度です。歩留まりと信頼性を高めるために、洗浄傾向はさまざまな関連金属 (カルシウム、水銀、鉄、ニッケルなど) で観察できます。また、洗浄傾向は複数のウェーハで繰り返し観察できます。ただし、一部の要素は完全に洗浄されています。希ジクロロ酢酸 (チタン、クロム、銅、亜鉛) を使用した TXRF の検出限界。 図 3 は、ニッケルの表面汚染を軽減するための希釈 RCA プロセスの使用を示しています。 繰り返しますが、ニッケルの濃度はウェーハの端で高く、洗浄によりほとんどの領域が測定の検出限界より低くなっていることがわかります。

図3。 50mm 5H 炭化ケイ素ウェーハを 1:2:150 の RCA シーケンスで 4 秒間実行し、1℃で 2 分間洗浄する前後 (SC50&30 タンク、DHF ステップごと) の表面マッピングされたニッケル汚染を測定しました。 前洗浄段階では、エッジのニッケル濃度が高くなります。洗浄後は全域でニッケルが減少していますが、場所によっては依然としてニッケル濃度が検出限界を超えています。

要約
     RCA 化学はシリコン表面を酸化し、フッ化水素中の酸化物を除去することによって汚染物質を除去できることが知られているため、これらの化学薬品はこの研究で使用される温度では炭化ケイ素をエッチングまたは酸化するとは予想されないため、このメカニズムは炭化ケイ素では実現できない可能性があります。 。 以前の研究では、粗さが金属汚染物質を捕捉する役割を果たしており、フッ化水素処理により親水性表面の大部分が水酸化ケイ素と炭素酸素基で終端されることが提案されている。 結果は、より短い時間とより低い温度で希釈した RCA は、鉄、ニッケル、および水銀の可能性を除去するのに効果的ではないことを示しています。 粗さは要因である可能性がありますが、温度と時間の影響は、SC4 および SC1 化学における金属 (塩酸と NH2OH) の溶解が主なメカニズムであることを示している可能性がありますが、ここでは、それが金属の拡散を通じて役割を果たす可能性があることを示唆しています。シリコンヒドロキシルと炭素-酸素の表面層。 鉄とニッケルの添加の正確なメカニズムはまだ不明であり、浸漬ボックスのエッジ処理および/またはウェーハ製造時の汚染が根本原因である可能性があることにも注意する必要があります。 コストは時間 (生産量に影響) と濃度 (材料費と処理コストに影響) に大きく影響されますが、温度の影響はあまり受けません (設備の初期コストにのみ影響します)。除去を制御するパラメータを探索することは重要です。将来の金属汚染物質の減少。 また、ウェハに近い流速が高いほど高い溶解速度が得られ、不純物が表面 (15) からより迅速に拡散できるため、スプレー処理が可能な装置でこの作業を実行することが望ましい。 この効果はポリマー除去で十分に評価されており (16)、炭化ケイ素の評価でも金属汚染物質との関係を示すことができますが、この装置での処理により表面汚染物質の値が TXRF 検出限界よりもさらに低くなる可能性があります。

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