CN100428419C - 一种砷化镓晶片清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砷化镓晶片清洗方法，包括以下基本步骤：1)采用第一溶液进行第一次兆声清洗；2)第一次漂洗；3)第一次干燥处理；4)用紫外臭氧清洗机清洗；5)采用第二溶液进行第二次兆声清洗；6)第二次漂洗；7)第二次干燥处理。第一溶液为碱性水溶液，对砷化镓有轻微腐蚀作用；第二溶液为酸性水溶液，对砷化镓的氧化层有腐蚀作用。本发明通过步骤1)可去除大部分颗粒，通过步骤4)可将有机物基本去除，通过步骤5)可彻底将吸附的颗粒和金属离子去除，并在砷化镓表面形成富砷表面，可以直接进行外延生长。采用本发明方法清洗砷化镓抛光片，不会出现破坏抛光表面的现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体晶片的清洗方法，特别涉及砷化镓晶片的一种清洗方法。
背景技术
近年来随着科学技术的快速发展，对砷化镓等III-V族化合物半导体材料制造的半导体激光器、光纤通信用光接收组件、高速和高频半导体器件的需求越来越紧迫。制备出清洁的砷化镓晶片表面，是制造这类器件的关键。半导体晶片表面最重要的沾污有颗粒、有机物和金属离子。这些沾污和晶片的沾附可分为物理吸附和化学吸附。
对硅晶片，已经有了一套通用清洗工艺，即Kem和Puotinen(RCA Review，pp.187-206，June(1970)，)提出的RCA工艺。如今，硅晶片的清洗工艺虽然有些改进，但大都是以此为基础。该工艺用氨水、双氧水水溶液(SC-1)清洗颗粒，用盐酸、双氧水水溶液(SC-2)去除金属，用硫酸、双氧水水溶液(SC-3)去除有机物。
砷化镓由于表面化学性质活泼，不能简单套用硅的清洗工艺。现在普遍使用硫酸、双氧水水溶液溶液对砷化镓进行清洗，硫酸、双氧水、水的体积比为5∶1∶1或8∶1∶1；也有人使用稀的氨水、双氧水水溶液进行清洗。由于这些溶液对砷化镓腐蚀作用强，使表面粗糙度变差，甚至破坏抛光表面。到目前为止，还没有形成一套清洗砷化镓的标准方法。
新鲜的砷化镓表面在空气中很容易氧化生成Ga2O3和As2O3，特别是容易生成Ga2O3，所以氧化层中Ga2O3占大部分，其中夹杂有As原子。研究人员Z.H.Lu和C.Lagarde等(J.Vac.Sci.Technol.A7，3，1989)研究发现，富砷的砷化镓表面其氧化层比较薄，更适合后续外延生长。所以清洗工艺制备出富砷的砷化镓表面，相对于化学计量比平衡和富镓的表面，对后续外延等工艺更为理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一套可以有效去除砷化镓抛光片表面颗粒、有机物、金属等沾污的清洗工艺。采用本发明方法清洗砷化镓晶片，不会出现破坏抛光表面的现象。
本发明的清洗工艺方法包括以下步骤：
1)将砷化镓晶片放入装有第一溶液的兆声槽内，加兆声波进行第一次兆声清洗；
2)取出晶片，用水进行第一次漂洗；
3)第一次漂洗完后，对晶片进行第一次干燥处理；
4)将干燥后的晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗一段时间；
5)从紫外臭氧清洗机内取出晶片放入装有第二溶液的兆声槽内，加兆声波进行第二次兆声清洗；
6)取出晶片，用水进行第二次漂洗；
7)第二次漂洗完后，对晶片进行第二次干燥处理。
上述步骤1)中所用第一溶液为碱性水溶液，可以使用无机碱、有机碱和碱性盐中的一种或者其混合。无机碱包括NaOH、KOH、NH4OH等，有机碱可以是TMAH等，碱性盐可以是Na2CO3、NaHCO3等，各成份在溶液中的浓度在10ppm到10％之间。
上述步骤4)中晶片在紫外臭氧清洗机内清洗的时间最好在1～15分钟范围内，可根据表面沾污的轻重程度调整。如果表面沾污比较严重，可以加长清洗时间，但清洗时间太长，会造成晶片表面粗糙度变差。
上述步骤5)中所用第二溶液为包含盐酸、氢氟酸等无机酸或者柠檬酸等有机酸的酸性水溶液，各成份在溶液中的浓度在10ppm到10％之间。
第一次兆声清洗和第二次兆声清洗都在15～65℃温度范围内进行，清洗时间为1～10分钟，所用兆声波的频率在600KHz～1000KHz范围内，兆声波的功率在100～400W范围内。
第一次漂洗和第二次漂洗最好都选用去离子水，并在装有兆声产生设备的快排槽QDR内进行。
第一次干燥处理和第二次干燥处理都可用甩干机甩干，或者用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
为了提高清洗效果，第一溶液和第二溶液中都可以加入表面活性剂，离子型或者非离子型均可，浓度在10ppm到10％之间。第一溶液可以一次性使用，也可以循环过滤后重复使用；第二溶液由于是最终清洗，所以最好一次性使用。
本发明方法不仅可用于清洗砷化镓晶片，还可用于清洗其它化合物半导体晶片。
第一溶液对砷化镓有轻微腐蚀作用，而第二溶液则对砷化镓的氧化层有腐蚀作用。步骤1)中在第一溶液和兆声能量的作用下，可去除大部分颗粒，但仍留有部分有机物和吸附强度比较大的颗粒和金属离子。通过步骤4)可将有机物基本去除，并且在晶片表面生成一层氧化层，将吸附的颗粒和金属离子包裹在氧化层中。步骤5)中，第二溶液将氧化层腐蚀掉，通过兆声能量彻底将吸附的颗粒和金属离子去除。步骤5)还在砷化镓表面形成富砷表面，可以直接进行外延生长。
本发明具有如下有益效果：
1、可有效去除晶片表面颗粒、金属、有机物，获得高度清洁的表面。
2、不破坏晶片表面。
3、表面达到免清洗(Epi-ready)要求。
以下结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
具体实施方式
第一实施例：
本例中，第一溶液为KOH水溶液，浓度为2000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为200ppm；第二溶液为盐酸溶液，浓度为200ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为30ppm。通过以下步骤可完成对晶片的清洗：
1)将装有刚抛光后的4英寸砷化镓晶片的花篮，放入装有第一溶液的兆声槽内清洗，温度30℃，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦，清洗时间5分钟。
2)将花篮放入带兆声产生设备的快排槽QDR内进行漂洗，快排3次。
3)将花篮放入甩干机内甩干。
4)将晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗，清洗时间为5分钟。
5)将装有晶片的花篮放入装有第二溶液的兆声槽内清洗，温度45℃，波频率为860KHz，兆声功率300瓦，清洗时间5分钟。
6)将花篮放入带兆声产生设备的快排槽QDR内进行漂洗，快排3次。
7)将花篮放入甩干机内甩干。
用Tencor 6400表面分析仪对经上述步骤清洗后的晶片进行检测，晶片表面留存的大于0.2微米的颗粒数平均为21。
第二实施例：
本例中，第一溶液为NaOH水溶液，浓度为2000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为200ppm；第二溶液为氢氟酸溶液，浓度为2000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为30ppm。通过以下步骤可完成对晶片的清洗：
1)将装有刚抛光后的4英寸砷化镓晶片的花篮，放入装有第一溶液的兆声槽内清洗，温度30℃，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦，清洗时间5分钟。
2)将花篮放入带兆声产生设备的快排槽QDR内进行漂洗，快排3次。
3)将晶片用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
4)将晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗，清洗时间为5分钟。
5)将装有晶片的花篮放入装有第二溶液的兆声槽内清洗，温度45℃，波频率为860KHz，兆声功率300瓦，清洗时间5分钟。
6)将花篮放入带兆声产生设备的快排槽QDR内进行漂洗，快排3次。
7)将花篮放入甩干机内甩干。
用Tencor 6400表面分析仪对经上述步骤清洗后的晶片进行检测，晶片表面留存的大于0.2微米的颗粒数平均为101。
第三实施例
本例中，第一溶液为TMAH水溶液，浓度为4000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为200ppm；第二溶液为盐酸溶液，浓度为200ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为30ppm。通过以下步骤可完成对晶片的清洗：
1)将装有刚抛光后的4英寸砷化镓晶片的花篮，放入装有第一溶液的兆声槽内清洗，温度30℃，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦，清洗时间5分钟。
2)将花篮放入带兆声产生设备的快排槽QDR内进行漂洗，快排3次。
3)将晶片用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
4)将晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗，清洗时间为5分钟。
5)将装有晶片的花篮放入装有第二溶液的兆声槽内清洗，温度45℃，波频率为860KHz，兆声功率300瓦，清洗时间5分钟。
6)将花篮放入带兆声产生设备的快排槽QDR内进行漂洗，快排3次。
7)将晶片用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
用Tencor 6400表面分析仪对经上述步骤清洗后的晶片进行检测，晶片表面留存的大于0.2微米的颗粒数平均为206。
Claims (8)
1、一种砷化镓晶片清洗方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将砷化镓晶片放入装有第一溶液的兆声槽内，加兆声波进行第一次兆声清洗；
2)取出晶片，用水进行第一次漂洗；
3)第一次漂洗完后，对晶片进行第一次干燥处理；
4)将干燥后的晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗一段时间；
5)从紫外臭氧清洗机内取出晶片放入装有第二溶液的兆声槽内，加兆声波进行第二次兆声清洗；
6)取出晶片，用水进行第二次漂洗；
7)第二次漂洗完后，对晶片进行第二次干燥处理；
所述步骤1)中所用第一溶液为碱性水溶液，所述步骤5)中所用第二溶液为酸性水溶液。
2、根据权利要求1所述的砷化镓晶片清洗方法，其特征在于，所述第一溶液是无机碱、有机碱和碱性盐中的一种或者其混合的水溶液；无机碱是NaOH、KOH或NH4OH，有机碱是TMAH，碱性盐是Na2CO3或NaHCO3，各成份在溶液中的浓度在10ppm到10％之间；
所述第二溶液是无机酸或有机酸的水溶液；无机酸是盐酸或氢氟酸，有机酸是柠檬酸，各成份在溶液中的浓度在10ppm到10％之间。
3、根据权利要求2所述的砷化镓晶片清洗方法，其特征在于，第一溶液和第二溶液中都加入离子型或者非离子型表面活性剂，浓度在10ppm到10％之间。
4、根据权利要求1或2或3所述的砷化镓晶片清洗方法，其特征在于，第一次兆声清洗和第二次兆声清洗都在15～65℃温度范围内进行，清洗时间为1～10分钟，所用兆声波的频率在600KHz～1000KHz范围内，兆声波的功率在100～400W范围内。
5、根据权利要求4所述的砷化镓晶片清洗方法，其特征在于，第一次漂洗和第二次漂洗都选用去离子水，并在装有兆声产生设备的快排槽内进行；
晶片在紫外臭氧清洗机内清洗的时间在1～15分钟范围内；
第一次干燥处理和第二次干燥处理都用甩干机甩干，或者用异丙醇蒸汽干燥。
6、根据权利要求5所述的砷化镓晶片清洗方法，其特征在于，第一溶液为KOH水溶液，浓度为2000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为200ppm；第二溶液为盐酸溶液，浓度为200ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为30ppm；
第一次兆声清洗在温度30℃下清洗时间5分钟，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦；
晶片在紫外臭氧清洗机内清洗时间为5分钟；
第二次兆声清洗在温度45℃下清洗时间5分钟，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦；
第一次干燥处理和第二次干燥处理都用甩干机甩干。
7、根据权利要求5所述的砷化镓晶片清洗方法，其特征在于，第一溶液为NaOH水溶液，浓度为2000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为200ppm；第二溶液为氢氟酸溶液，浓度为2000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为30ppm；
第一次兆声清洗在温度30℃下清洗时间5分钟，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦；
晶片在紫外臭氧清洗机内清洗时间为5分钟；
第二次兆声清洗在温度45℃下清洗时间5分钟，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦；
第一次干燥处理用异丙醇蒸汽干燥，第二次干燥处理用甩干机甩干。
8、根据权利要求5所述的砷化镓晶片清洗方法，其特征在于，第一溶液为TMAH水溶液，浓度为4000ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为200ppm；第二溶液为盐酸溶液，浓度为200ppm，溶液中加有表面活性剂Wako 601，浓度为30ppm；
第一次兆声清洗在温度30℃下清洗时间5分钟，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦；
晶片在紫外臭氧清洗机内清洗时间为5分钟；
第二次兆声清洗在温度45℃下清洗时间5分钟，兆声波频率为860KHz，功率为300瓦；
第一次干燥处理和第二次干燥处理都用异丙醇蒸汽干燥。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20081022 Termination date: 20101208 |