《華林科納-半導體工藝》碳化硅MOSFET制造后爐前清洗的濕處理

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2022-03-18 02:41:27 11

引言

碳化硅(SiC)器件制造技術與硅制造有許多相似之處，但識別材料差異是否會影響清洗能力對于這個不斷發展的領域很有意義。材料參數差異包括擴散系數、表面能和化學鍵強度，所有這些都可以在清潔關鍵表面方面發揮作用。這項工作將100毫米或150毫米4H碳化硅晶片經過汞探針電容電壓(MCV)繪圖后的痕量表面污染水平與后續清洗后的水平進行了比較。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。

實驗與討論

汞探針CV (MCV)、TXRF和清潔實驗

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

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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驗模式未顯示)。左:MCV 10點半徑掃描(~1.7毫米直徑測量點)允許5點TXRF測量來分析受汞污染的區域和未受汞污染的區域。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TXRF測量。

MCV、預清潔TXRF和后清潔TXRF結果

所有的清洗都被證明能有效地去除某種程度的金屬雜質。用鉬陽極TXRF在100毫米碳化硅晶片上測量的映射汞水平顯示，在外延后測試后立即從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，清洗后的測量結果低于濃縮RCA序列的檢測限，低于稀釋RCA序列的檢測限，但仍可測量。

圖2舉例說明了稀釋RCA清潔前后的映射TXRF測量值的比較。表面鐵污染物在清洗前局限在晶片邊緣附近，在稀釋的RCA清洗后仍可測量到這些位置，盡管減少了。出于產量和可靠性的考慮，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，并且在多個晶片上可以重復觀察到清洗趨勢。

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

出于產量和可靠性的考慮，在各種相關金屬(包括鈣、汞、鐵和鎳)上可以觀察到清洗趨勢，并且在多個晶片上可以重復觀察到清洗趨勢，盡管一些元素被完全清洗到低于TXRF的檢測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，并且清潔已經使大多數區域低于測量的檢測極限。

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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SC1&2槽，DHF步驟)前后測量的表面映射鎳污染執行30秒。在預清潔階段，邊緣的鎳濃度較高，雖然清潔后所有區域的鎳都有所減少，但在某些位置，鎳濃度仍高于檢測極限。

總結

由于已知RCA化學可以通過氧化硅表面和去除氟化氫中的氧化物來去除污染物，因此這種機制可能無法在碳化硅上實現，因為這些化學物質預計不會在這項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，并且氟化氫處理導致親水表面大部分以氫氧化硅和碳氧基團終止。結果表明，使用更短時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因素，但溫度和時間的作用可能表明金屬在SC1和SC2化學中的溶解(鹽酸和NH4OH)是主要的機制，但是我們在這里建議通過硅羥基和碳氧表面層的擴散可以發揮作用。還應注意的是，添加鐵和鎳的確切機理尚不清楚，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。由于成本受時間(影響產量)和濃度(影響材料成本和處理成本)的影響很大，但受溫度(僅影響初始設備成本)的影響較小，因此未來探索控制金屬污染物去除的參數的工作很有意義。還希望在能夠進行噴射處理的設備中進行這項工作，因為接近晶片的較高流速可實現高溶解速率，這允許雜質更快地擴散離開表面(15)。這種效應在聚合物去除(16)中得到了很好的評估，對碳化硅的評估也可以顯示出它與金屬污染物的關系，盡管在這種設備中加工可能會導致表面污染物值進一步低于TXRF檢測限值。

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