Es gibt viele Ähnlichkeiten zwischen der Geräteherstellungstechnologie aus Siliziumkarbid (SiC) und der Siliziumherstellungstechnologie, für dieses sich entwickelnde Gebiet ist es jedoch wichtig zu ermitteln, ob sich Materialunterschiede auf die Reinigungsfähigkeit auswirken. Zu den Materialunterschieden zählen der Diffusionskoeffizient, die Oberflächenenergie und die chemische Bindungsstärke, die alle bei der Reinigung kritischer Oberflächen eine Rolle spielen können. In dieser Arbeit wurde der Grad der Spurenoberflächenverunreinigung eines 100 mm oder 150 mm großen 4H-Siliziumkarbidwafers nach der Kartierung der Quecksilbersonden-Kapazitätsspannung (MCV) mit dem Grad nach der anschließenden Reinigung verglichen. Während der MCV wurden Spurenmetalle wie Quecksilber, Eisen und Nickel kontrolliert zugesetzt, und es wurde gezeigt, dass verschiedene Reinigungsmethoden die Oberfläche von Siliziumkarbid auf einen Reinheitsgrad von weniger als 5x1010 Atomen/cm2 wiederherstellen können. Die Stellung und der Kostenvergleich dieser Reinigungen im Prozessablauf integrierter Geräte werden diskutiert.

Experiment und Diskussion

Quecksilbersonden-CV (MCV), TXRF und Reinigungsexperiment

     Um kontrollierbar Schadstoffe in die Oberfläche von Siliziumkarbid einzubringen und die Reinigungsfähigkeit zu testen, wurde die Quecksilberdetektion an 100 mm und 150 mm epitaktischen Siliziumkarbidwafern mit extrem niedriger Mikrotubulidichte im Semerab MCV-530-Tester durchgeführt und Spurenmetallschadstoffe gemessen TXRF wurden die Wafer mit verschiedenen Reinigungschemikalien gereinigt und die Spurenverunreinigungen in den gereinigten Wafern erneut analysiert. Die MCV-Messung wird mit mehreren Messmodi durchgeführt, wie z. B. Radius-Scanning, Wafer-Mapping und mehreren Messungen am selben Ort, wodurch die erste TXRF-Messung den nicht kontaminierten Bereich mit dem kontaminierten Bereich vergleicht und die TXRF nach der Reinigung den Vergleich ermöglicht Vorreinigungszustand.

Abbildung 1. Layout einiger in dieser Studie verwendeter Modelle; In beiden Fällen wird die Position des TXRF eines 50-mm-Siliziumkarbid-Wafers mit einem Durchmesser von etwa 10 mm angezeigt (der experimentelle Modus eines 100-mm-Siliziumkarbid-Wafers ist nicht dargestellt). Links: MCV 10-Punkt-Radius-Scanning (Messpunkt mit ~ 1.7 mm Durchmesser) ermöglicht eine 5-Punkt-TXRF-Messung zur Analyse von mit Quecksilber kontaminierten Bereichen und quecksilberfreien Bereichen. Rechts: 165-Punkt-TXRF-Messung auf einem 150-mm-4H-Siliziumkarbid-Wafer, angezeigt auf einer 200-mm-TXRF-Basis.MCV-, Vorreinigungs-TXRF- und Nachreinigungs-TXRF-ErgebnisseEs hat sich gezeigt, dass jede Reinigung einen gewissen Grad an Metallverunreinigungen effektiv entfernt. Der kartierte Quecksilbergehalt, der auf einem 100-mm-Siliziumkarbidwafer mit Molybdänanode TXRF gemessen wurde, zeigte, dass er vom typischen Durchschnittswert von 2.5 x 1013 Atomen/cm2 und dem typischen Maximalwert von 2.4 x 1014 Atomen/cm2 auf einen Wert unter der Nachweisgrenze von 300 abnahm Sekunden ~7x1010 Atome/cm2 unmittelbar nach dem Epitaxietest. Die RCA-Reinigung auf 50-mm-Siliziumkarbid-Wafern hat sich bei der Entfernung von Quecksilber, Nickel, Eisen und anderen Metallen als wirksam erwiesen. Die Messergebnisse nach der Reinigung liegen unter der Nachweisgrenze der konzentrierten RCA-Sequenz, niedriger als die der verdünnten RCA-Sequenz, aber immer noch messbar.Abb. 2 zeigt den Vergleich der kartierten TXRF-Messwerte vor und nach der verdünnten RCA-Reinigung. Die Eisenverunreinigung auf der Oberfläche beschränkte sich vor der Reinigung auf die Kante des Wafers, und diese Stellen konnten nach der Reinigung mit verdünntem RCA immer noch gemessen werden, obwohl sie reduziert waren. Aus Gründen der Ausbeute und Zuverlässigkeit kann der Reinigungstrend bei verschiedenen interessierenden Metallen (einschließlich Quecksilber, Eisen und Nickel) beobachtet werden, und der Reinigungstrend kann wiederholt bei mehreren Wafern beobachtet werden.

Abbildung 2. Die auf der Oberfläche eines 150-mm-4H-Siliziumkarbidwafers gemessene Eisenverunreinigung wurde bei 50 °C gemäß der RCA-Sequenz von 1:2:50 jeweils 5 Minuten lang in den DHF-Tanks SC1 und SC2 gereinigt, und die Reinigungszeit betrug 30 Sekunden. In der Vorreinigungsstufe ist die Eisenkonzentration am Rand hoch. Obwohl die Eisenkonzentration nach der Reinigung in allen Bereichen abnimmt, liegt die Konzentration immer noch über der Nachweisgrenze dieses Prozesses.Aus Gründen der Ausbeute und Zuverlässigkeit kann der Reinigungstrend bei verschiedenen verwandten Metallen (einschließlich Kalzium, Quecksilber, Eisen und Nickel) beobachtet werden, und der Reinigungstrend kann wiederholt bei mehreren Wafern beobachtet werden, obwohl einige Elemente vollständig bis unter den Wert gereinigt werden Nachweisgrenze von TXRF unter Verwendung verdünnter Dichloressigsäure (Titan, Chrom, Kupfer und Zink). Abb. 3 zeigt die Verwendung des verdünnten RCA-Verfahrens zur Reduzierung der Oberflächenverunreinigung von Nickel. Auch hier ist zu beachten, dass die Nickelkonzentration am Rand des Wafers höher ist und durch die Reinigung die meisten Bereiche unterhalb der Nachweisgrenze der Messung liegen.

Abbildung 3. Die oberflächenkartierte Nickelverunreinigung wurde vor und nach der 50-minütigen Reinigung bei 5 °C (jeder SC1- und 2-Tank, DHF-Schritt) auf einem 150-mm-4H-Siliziumkarbidwafer in der RCA-Sequenz 1:2:50 30 Sekunden lang gemessen. In der Vorreinigungsstufe ist die Nickelkonzentration am Rand hoch. Obwohl der Nickelgehalt nach der Reinigung in allen Bereichen abnimmt, liegt die Nickelkonzentration an manchen Stellen immer noch über der Nachweisgrenze.

Zusammenfassung
     Da bekannt ist, dass die RCA-Chemie Schadstoffe durch Oxidation von Siliziumoberflächen und Entfernen von Oxiden in Fluorwasserstoff entfernen kann, ist dieser Mechanismus bei Siliziumkarbid möglicherweise nicht realisierbar, da von diesen Chemikalien bei der in dieser Arbeit verwendeten Temperatur nicht erwartet wird, dass sie Siliziumkarbid ätzen oder oxidieren . In der vorherigen Arbeit wurde vorgeschlagen, dass Rauheit eine Rolle beim Einfangen von Metallschadstoffen spielt und dass die Behandlung mit Fluorwasserstoff dazu führt, dass die hydrophile Oberfläche größtenteils durch Siliciumhydroxid- und Kohlenstoff-Sauerstoff-Gruppen abgeschlossen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass verdünntes RCA bei kürzerer Zeit und niedrigerer Temperatur bei der Entfernung von Eisen, Nickel und möglicherweise Quecksilber nicht wirksam ist. Obwohl die Rauheit ein Faktor sein kann, kann der Einfluss von Temperatur und Zeit darauf hindeuten, dass die Auflösung von Metallen (Salzsäure und NH4OH) in der SC1- und SC2-Chemie der Hauptmechanismus ist. Wir schlagen hier jedoch vor, dass sie durch die Diffusion von Metallen eine Rolle spielen kann Siliziumhydroxyl- und Kohlenstoff-Sauerstoff-Oberflächenschicht. Es sollte auch beachtet werden, dass der genaue Mechanismus der Zugabe von Eisen und Nickel noch unklar ist und die Kantenbehandlung der Tauchbox und/oder die Kontamination bei der Waferherstellung die möglichen Ursachen sind. Da die Kosten stark von der Zeit (die sich auf die Leistung auswirkt) und der Konzentration (die sich auf die Material- und Behandlungskosten auswirkt) und weniger von der Temperatur (die nur die Erstausrüstungskosten beeinflusst) beeinflusst werden, ist es wichtig, die Parameter zur Steuerung der Entfernung zu untersuchen von Metallschadstoffen in der Zukunft. Es ist auch wünschenswert, diese Arbeiten in Geräten durchzuführen, die zur Sprühbehandlung geeignet sind, da durch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Wafers eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit erreicht werden kann, wodurch Verunreinigungen schneller von der Oberfläche (15) diffundieren können. Dieser Effekt wurde bei der Polymerentfernung gut untersucht (16), und die Bewertung von Siliziumkarbid kann auch seinen Zusammenhang mit Metallverunreinigungen zeigen, obwohl die Verarbeitung in dieser Anlage dazu führen kann, dass der Oberflächenverunreinigungswert noch weiter unter der TXRF-Nachweisgrenze liegt.

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