CN101096617A

CN101096617A - 一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液及其清洗方法

Info

Publication number: CN101096617A
Application number: CNA2006100145932A
Authority: CN
Inventors: 仲跻和; 李家荣; 周云昌; 吴亮
Original assignee: TIANJIN JINGLING ELECTRONIC MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN JINGLING ELECTRONIC MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-02

Abstract

一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液及其清洗方法，它是由有机碱、非离子表面活性剂和纯水混合组成，其中有机碱的重量占22％～40％，表面活性剂的重量占3％～15％、纯水的重量占45％～75％；清洗方法包括：(1)取清洗剂清洗；(2)用去离子水超声；(3)用去离子水超声；(4)喷淋；(5)烘干。本发明的优越性在于：清洗剂中选用的有机碱，能够根据结构相似相溶原理，溶解半导体材料表面的有机污染物，提高清洗剂均匀腐蚀性，保证清洗的一致性；加入了特选的渗透剂，能够降低清洗剂的表面张力，增强清洗剂的渗透性，对半导体材料有很好的清洗效果；选用的化学试剂，不污染环境，不易燃烧，属于非破坏臭氧层物质，满足环保要求。

Description

一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液及其清洗方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种清洗剂，特别是一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液及其清洗方法。

(二)背景技术：

随着集成电路的集成度迅速提高，集成电路中器件的特征尺寸不断减小，对于半导体材料表面沾污的要求变得更加严格。在甚大规模集成电路的制备过程中，半导体材料表面状态及洁净度是影响器件质量与可靠性的最重要的因素之一。因此在半导体材料表面任何颗粒的污染将会导致严重的后果。比如：在集成电路制备封装工艺和掩模工艺的操作过程中的颗粒污染是一种最普通的污染。吸附集成电路衬底表面的颗粒在p-n结扩散制作或离子注入时形成钉子模型，处于颗粒下面的半导体材料不能得到掺杂，导致低击穿、管道击穿。颗粒还会牢固得吸附在晶片表面，在淀积薄膜时嵌入其中。在淀积过程中，颗粒污染会导致针孔、微小裂缝等。在后续的步骤中，当多层布线形成后，颗粒会导致相邻导线的短路或断路。

目前，较先进美国的SPEEDFAM、MEMC等公司，采取半导体材料抛光后在颗粒形成化学键合吸附前，迅速用双面刷片机刷洗，获得了较洁净表面，但存放时间短(必须在2h内刷洗，否则颗粒超标，不合格)、设备价格昂贵(每台30～40万美元)、效率低(一片片依次刷洗，每单位需多台)、易造成损伤(返修率高)，又有化学键合吸附的存在。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液及其去除方法，它能克服刷片清洗的缺点，达到较好的清洗效果，而且工艺简单，操作方便，满足环保要求，是一种涉及到化学、机械、物理等多重学科，并且应用于电子信息领域的的新型清洗方法。

本发明的技术方案：一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于它是由有机碱、非离子表面活性剂和纯水混合组成，其中有机碱的重量占22％～40％，表面活性剂的重量占3％～15％、纯水的重量占45％～75％。

上述所说的去除半导体材料表面颗粒的清洗液的组成部分中，所说的有机碱是多羟多胺、胺碱、羟胺或醇胺。

上述所说的去除半导体材料表面颗粒的清洗液的组成部分中，所说的表面活性剂是聚氧乙烯系非离子表面活性剂、多元醇酯类非离子表面活性剂和高分子及元素有机系非离子表面活性剂中的一种或两种以上组合。

上述所说的聚氧乙烯系非离子表面活性剂是聚氧乙烯烷基酚、聚氧乙烯脂肪醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺。

上述所说的多元醇酯类非离子表面活性剂是乙二醇酯、甘油酯或聚氧乙烯多元醇酯。

上述所说的高分子及元素有机系非离子表面活性剂是环氧丙烷均聚物、元素有机系聚醚或聚氧乙烯无规共聚物。

一种半导体材料表面颗粒去除的清洗方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤(1)：用清洗剂清洗，清洗剂加入10～30倍去离子水放入第一槽内，加热到50～60℃，将装有半导体材料的花篮放入一槽，进行超声，大约5～10分钟，配合超声波作用；

步骤(2)：用去离子水超声，将去离子水放入第二槽，加热到50～60℃，将花篮从一槽中取出，放入二槽，进行超声，大约5～10分钟，配合超声波作用；

步骤(3)：用去离子水超声，将去离子水放入第三槽，加热到50～60℃，将花篮从二槽中取出，放入三槽，进行超声，大约5～10分钟，配合超声波作用；

步骤(4)：喷淋，用温度为50～60℃的去离子水喷淋，时间为2～5分钟；

步骤(5)：烘干，时间为3～5分钟。

上述所说步骤(1)中的半导体材料是硅片、锗片、砷化镓片或宝石片。

上述所说步骤(5)中的烘干采用热风或红外进行。

本发明的工作原理在于：清洗剂完全溶解于水，在超声作用下能够有效去除残留在半导体材料表面颗粒。超声水洗过程能够将残留在半导体材料上的清洗剂和其他杂质去除，再通过喷淋和烘干得到洁净表面。

在清洗剂中采用一种特选的有机碱作为pH值调节剂，有机碱的氢氧根在溶液中缓慢电离，能够腐蚀半导体材料表面并去除吸附在表面的颗粒污染物，同时可以保证腐蚀的均匀性，清洗后不改变表面粗糙度；根据结构相似相溶的原理，有机碱还能够去除半导体材料表面的有机污染物；同时有机碱还具有络合作用，能够去除部分金属离子。因此，有机碱可同时作为pH值调制剂、络合剂、缓蚀剂、分散剂、助氧剂实现了一剂多用。清洗剂中采用特选的非离子表面活性剂实现优先吸附，并在半导体材料表面形成保护层，防止污染物的二次吸附，能有效去除颗粒等污染物。清洗剂中的渗透剂不但能够降低溶液的表面张力，而且具有很强的渗透能力，能够渗透到半导体材料和污染物之间，将污染物托起，使其脱离，达到去除的目的。

本发明的优越性在于：(1)清洗剂中选用的有机碱，能够提高清洗剂的均匀腐蚀性，保证腐蚀的一致性，而且有机碱属于有机物，能够根据结构相似相溶原理，溶解半导体材料表面的有机污染物；(2)清洗剂中加入了特选的渗透剂，能够降低清洗剂的表面张力，增强清洗剂的渗透性，对半导体材料有很好的清洗效果；(3)清洗剂中选用的有机碱、表面活性剂和渗透剂都能够很好得降低清洗剂的表面张力、同时具有水溶性好、渗透力强、无污染等优点；(4)清洗剂中的表面活性剂能够增强质量传递，保证清洗的均匀性，降低半导体材料表面粗糙度；(5)清洗剂中选用的化学试剂，不污染环境，不易燃烧，属于非破坏臭氧层物质，满足环保要求；(6)工艺简单，操作方便。

(四)具体实施方式：

实施例1：一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于它是由有机碱、非离子表面活性剂和纯水混合组成。上述所说的清洗剂中包括四种成分：

成分I：选择有机碱中的三乙醇胺，(HOCH₂CH₂)₃；

成分II：选择选择非离子表面活性剂中聚氧乙烯醚类表面活性剂的脂肪醇聚氧乙烯(20)醚，RO(CH₂CH₂O)₂₀H，R＝C_12-18H_25-37；

成分III：选择选择非离子表面活性剂中聚氧乙烯醚类渗透剂的环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物(JFC)，R-O(C₂H₄O)_nH；

成分IV：纯H₂O；

四种成分的配比为：成分I占总重量的30％，成分II占总重量的10％，成分III占总重量的5％，成分IV占总重量的55％。

实施例2：一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于它是由有机碱、非离子表面活性剂和纯水混合组成。上述所说的清洗剂中包括四种成分：

成分I：选择有机碱中的四甲基氢氧化胺；

成分II：选择非离子表面活性剂中聚氧乙烯醚类表面活性剂的聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯(吐温-80)；

成分III：选择非离子表面活性剂中聚氧乙烯醚类渗透剂的辛醇聚氧乙烯醚；

成分IV：纯H₂O；

四种成分的配比为：成分I占总重量的25％，成分II占总重量的8％，成分III占总重量的5％，成分IV占总重量的62％。

Claims

1、一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于它是由有机碱、非离子表面活性剂和纯水混合组成，其中有机碱的重量占22％～40％，表面活性剂的重量占3％～15％，纯水的重量占45％～75％。

2、根据权利要求1所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于所说的有机碱是多羟多胺、胺碱、羟胺或醇胺。

3、根据权利要求1所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于所说的非离子表面活性剂是聚氧乙烯系非离子表面活性剂、多元醇酯类非离子表面活性剂和高分子及元素有机系非离子表面活性剂中的一种或两种以上组合。

4、根据权利要求3所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于所说的聚氧乙烯系非离子表面活性剂是聚氧乙烯烷基酚、聚氧乙烯脂肪醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺。

5、根据权利要求3所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于所说的多元醇酯类非离子表面活性剂是乙二醇酯、甘油酯或聚氧乙烯多元醇酯。

6、根据权利要求3所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于所说的高分子及元素有机系非离子表面活性剂是环氧丙烷均聚物、元素有机系聚醚或聚氧乙烯无规共聚物。

7、一种半导体材料表面颗粒去除的清洗方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤(5)：烘干，时间为3～5分钟。

8、根据权利要求7中所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗方法，其特征在于所说步骤(1)中的半导体材料是硅片、锗片、砷化镓片或宝石片。

9、根据权利要求7中所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗方法，其特征在于所说步骤(5)中的烘干采用热风或红外进行。

10、根据权利要求1中所说的一种半导体材料表面颗粒去除的清洗液，其特征在于清洗剂中包括四种成分：

成分I选择有机碱中的三乙醇胺(HOCH₂CH₂)₃，占总重量的30％；

成分II选择非离子表面活性剂中聚氧乙烯醚类表面活性剂的脂肪醇聚氧乙烯(20)醚，RO(CH₂CH₂O)₂₀H，R＝C_12-18H_25-37，占总重量的10％；

成分III选择非离子表面活性剂中聚氧乙烯醚类渗透剂的环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物(JFC)，R-O(C₂H₄O)_nH，占总重量的5％；

成分IV为纯H₂O，占总重量的55％。