碳化硅(SiC)器件制造工藝中的清洗方法

引言

碳化硅(SiC)器件制造技術(shù)與硅制造有許多相似之處，但識(shí)別材料差異是否會(huì)影響清洗能力對(duì)于這個(gè)不斷發(fā)展的領(lǐng)域很有意義。材料參數(shù)差異包括擴(kuò)散系數(shù)、表面能和化學(xué)鍵強(qiáng)度，所有這些都可以在清潔關(guān)鍵表面方面發(fā)揮作用。這項(xiàng)工作將100毫米或150毫米4H碳化硅晶片經(jīng)過汞探針電容電壓(MCV)繪圖后的痕量表面污染水平與后續(xù)清洗后的水平進(jìn)行了比較。在MCV期間，痕量金屬如汞、鐵和鎳被可控地添加，并且顯示出多種清潔方法可以將碳化硅表面恢復(fù)到低于5x1010原子/cm2的清潔度水平。討論了這些清洗在集成器件工藝流程中的位置以及成本比較。

實(shí)驗(yàn)與討論

汞探針CV (MCV)、TXRF和清潔實(shí)驗(yàn)

為了可控地將污染物引入碳化硅表面，并測(cè)試清洗能力，在賽美拉布MCV-530測(cè)試儀中對(duì)100毫米和150毫米超低微管密度外延碳化硅晶片進(jìn)行汞探測(cè)，使用TXRF測(cè)量痕量金屬污染物，用各種不同的清洗化學(xué)物質(zhì)清洗晶片，并再次分析清洗后的晶片中的痕量雜質(zhì)。使用多種多重測(cè)量模式進(jìn)行MCV測(cè)量，例如半徑掃描、晶片測(cè)繪和在同一位置多次測(cè)量，這使得第一次TXRF測(cè)量能夠比較未污染區(qū)域和污染區(qū)域，后清潔TXRF能夠比較預(yù)清潔狀態(tài)。

圖1。本研究中使用的一些模式的布局圖；150毫米碳化硅晶片和大約10毫米直徑的TXRF位置在兩種情況下都顯示(100毫米碳化硅晶片的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ轿达@示)。左:MCV 10點(diǎn)半徑掃描(~1.7毫米直徑測(cè)量點(diǎn))允許5點(diǎn)TXRF測(cè)量來(lái)分析受汞污染的區(qū)域和未受汞污染的區(qū)域。右圖:在200毫米TXRF基座上顯示的150毫米4H碳化硅晶片上的165點(diǎn)TXRF測(cè)量。

MCV、預(yù)清潔TXRF和后清潔TXRF結(jié)果

所有的清洗都被證明能有效地去除某種程度的金屬雜質(zhì)。用鉬陽(yáng)極TXRF在100毫米碳化硅晶片上測(cè)量的映射汞水平顯示，在外延后測(cè)試后立即從2.5x1013原子/平方厘米的典型平均值和2.4x1014原子/平方厘米的典型最大值降低到低于300秒檢測(cè)極限~7x1010原子/平方厘米的水平。150毫米碳化硅晶片上的RCA清洗被證明能有效去除汞以及鎳、鐵和其他金屬，清洗后的測(cè)量結(jié)果低于濃縮RCA序列的檢測(cè)限，低于稀釋RCA序列的檢測(cè)限，但仍可測(cè)量。

圖2舉例說明了稀釋RCA清潔前后的映射TXRF測(cè)量值的比較。表面鐵污染物在清洗前局限在晶片邊緣附近，在稀釋的RCA清洗后仍可測(cè)量到這些位置，盡管減少了。出于產(chǎn)量和可靠性的考慮，在各種感興趣的金屬(包括汞、鐵和鎳)上可以觀察到清洗趨勢(shì)，并且在多個(gè)晶片上可以重復(fù)觀察到清洗趨勢(shì)。

圖2。在150毫米4H碳化硅晶片上測(cè)量的表面繪制的鐵污染，按照1:2:50的RCA順序，在50℃下進(jìn)行清洗，每次清洗5分鐘，在DHF的SC1&SC2槽中進(jìn)行，清洗時(shí)間為30秒。在預(yù)清潔階段，邊緣的鐵濃度較高，雖然清潔后所有區(qū)域的鐵都有所減少，但濃度仍高于該過程的檢測(cè)極限。

出于產(chǎn)量和可靠性的考慮，在各種相關(guān)金屬(包括鈣、汞、鐵和鎳)上可以觀察到清洗趨勢(shì)，并且在多個(gè)晶片上可以重復(fù)觀察到清洗趨勢(shì)，盡管一些元素被完全清洗到低于TXRF的檢測(cè)限采用稀釋的二氯醋酸(鈦、鉻、銅和鋅)。圖3說明了使用稀釋的RCA工藝減少鎳的表面污染。再次注意到，鎳的濃度在晶片邊緣更高，并且清潔已經(jīng)使大多數(shù)區(qū)域低于測(cè)量的檢測(cè)極限。

圖3。在150毫米4H碳化硅晶片上以1:2:50的RCA順序在50℃下清洗5分鐘(每個(gè)SC1&2槽，DHF步驟)前后測(cè)量的表面映射鎳污染執(zhí)行30秒。在預(yù)清潔階段，邊緣的鎳濃度較高，雖然清潔后所有區(qū)域的鎳都有所減少，但在某些位置，鎳濃度仍高于檢測(cè)極限。

總結(jié)

由于已知RCA化學(xué)可以通過氧化硅表面和去除氟化氫中的氧化物來(lái)去除污染物，因此這種機(jī)制可能無(wú)法在碳化硅上實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@些化學(xué)物質(zhì)預(yù)計(jì)不會(huì)在這項(xiàng)工作中使用的溫度下蝕刻或氧化碳化硅。在以前的工作中已經(jīng)提出，粗糙度在捕獲金屬污染物中起作用，并且氟化氫處理導(dǎo)致親水表面大部分以氫氧化硅和碳氧基團(tuán)終止。結(jié)果表明，使用更短時(shí)間和更低溫度的稀釋的RCA去除鐵、鎳和可能的汞的效果較差。雖然粗糙度可能是一個(gè)因素，但溫度和時(shí)間的作用可能表明金屬在SC1和SC2化學(xué)中的溶解(鹽酸和NH4OH)是主要的機(jī)制，但是我們?cè)谶@里建議通過硅羥基和碳氧表面層的擴(kuò)散可以發(fā)揮作用。還應(yīng)注意的是，添加鐵和鎳的確切機(jī)理尚不清楚，浸沒盒的邊緣處理和/或晶片制造的污染是可能的根本原因。由于成本受時(shí)間(影響產(chǎn)量)和濃度(影響材料成本和處理成本)的影響很大，但受溫度(僅影響初始設(shè)備成本)的影響較小，因此未來(lái)探索控制金屬污染物去除的參數(shù)的工作很有意義。還希望在能夠進(jìn)行噴射處理的設(shè)備中進(jìn)行這項(xiàng)工作，因?yàn)榻咏妮^高流速可實(shí)現(xiàn)高溶解速率，這允許雜質(zhì)更快地?cái)U(kuò)散離開表面(15)。這種效應(yīng)在聚合物去除(16)中得到了很好的評(píng)估，對(duì)碳化硅的評(píng)估也可以顯示出它與金屬污染物的關(guān)系，盡管在這種設(shè)備中加工可能會(huì)導(dǎo)致表面污染物值進(jìn)一步低于TXRF檢測(cè)限值。

　　審核編輯：湯梓紅