CN104167351B - 一种SiC外延片的化学机械清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SiC外延片的化学机械清洗方法以及该方法中的专用工具，该清洗方法包括：先将SiC外延晶片放置在基座上固定，晶片将通过基座实现旋转；其次，采用毛刷作为抛光刷，抛光刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行化学抛光清洗，其中，抛光液将通过抛光刷喷洒在晶片的表面；然后，提起抛光刷放下清洗刷，清洗刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行清洗，其中，去离子水将通过清洗刷喷洒在晶片的表面；接着，提起清洗刷，并用去离子水冲洗晶片表面；最后，用热氮气吹扫旋转的晶片表面，干燥晶片。本发明可以高效去除晶片表面污染残留物，并对晶片表面进行一定的修饰，达到提高表面粗糙度和去除表面应力的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种SiC外延片的化学机械清洗方法以及该方法中的专用工具，特别的，是一种涉及高效去除牢固粘附在半导体晶片表面的污染残留物的方法(例如在SiC外延片表面牢固粘附的3C-SiC颗粒物)，并对晶片表面进行一定的修饰，达到提高表面粗糙度和去除表面应力的作用。
背景技术
半导体晶片表面的洁净度对于获得高性能和高成品率的器件至关重要。半导体器件在制造过程中，因为不同工艺导致的杂质和表面缺陷会对器件制造带来严重的危害。例如重全属离子、钠离子、油污、灰尘，这些杂质影响着材料的纯度、晶体结构的完整性，在半导体材料制备和器件的制造中会造成短路，降低击穿电压，降低载流子寿命从而严重影响着器件的性能和成品率。
在SiC外延生产过程中，载气或者反应气体纯度不够，气体中含有的颗粒杂质，也会吸附在晶片表面，形成缺陷或者颗粒物。
见图6所示，在SiC外延过程结束的时候，反应腔内可能会有大量3C-SiC颗粒沉降在晶片表面。因为此时晶片依旧保持高温状态，这些颗粒物会牢固的粘附在晶片表面。所以不同于其他依靠范德华力附着在晶片表面的颗粒，因为3C-SiC化学性质稳定，常规的化学剂根本无法将其从晶片表面腐蚀剥离下来。
常用的半导体清洗方法及其优缺点
目前，常见的清洗办法包括：
1、超声波清洗。超声波清洗是依靠介质溶液在超声波的作用下产生疏密区域，疏部会产生近乎中空的空腔泡，称为空化现象。在空腔泡湮没的时候，局部释放巨大的冲击力，冲击波冲击晶片表面，使得晶片表面的颗粒松动或者离去。
2、化学清洗。化学清洗主要是RCA清洗和HF清洗，自从20世纪60年代被提出起就被广泛应用于半导体材料的清洗，至今仍是最常见的清洗方法，其优点是方便，灵活，成本低廉，效率较高，但是随着半导体行业的发展，对晶片的表面要求日益提高，化学清洗面临更多的挑战。
3高压喷淋和机械毛刷的方法常用于抛光，金属化及CVD外延等工艺之前，采用旋转的毛刷通过刷洗晶片表面的方法，在液体的冲击力或者摩擦力的作用下将微小颗粒从晶片表面带走。
4等离子清洗。源于20世纪初，随着微波电子回旋共振气体放电技术的研究，发展出来的一种新的清洗技术。与传统的半导体材料改性技术相比，改性层仅发生在几个埃到微米级的表面层，不影响材料的基本固有性能，作用时间短，效率高，无污染。
以上清洗方法中，前3种方法都无法解决3C-SiC附着的清洗问题，等离子清洗性能优越，但是价格昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于克服现有技术方案的不足，提供一种结合化学清洗方法和机械清洗方法的SiC外延片的化学机械清洗方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案，本清洗方法是将化学机械抛光和清洗的方法结合起来，适用于有牢固附着缺陷的晶片表面，将中空设计的抛光刷与外部的管道连接，通过管道将抛光液输送到抛光刷的刷头部分，通过刷头对晶片表面进行抛光清洗，再通过清洗刷清洗晶体表面。
进一步而言，本清洗方法包括下列步骤：首先，将需要进行清洗的SiC外延晶片放置在一个耐腐蚀的基座上固定，并且晶片将通过基座实现旋转；其次，采用耐腐蚀的毛刷作为抛光刷，抛光刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行化学抛光清洗，在此清洗过程中，抛光液将通过抛光刷喷洒在晶片的表面；然后，将抛光刷更换为清洗刷，清洗刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行清洗，在此清洗过程中，去离子水将通过清洗刷喷洒在晶片的表面；接着，提起清洗刷，并用去离子水冲洗晶片表面；最后，用热氮气吹扫旋转的晶片表面，干燥晶片。
进一步而言，上述技术方案中，所述的清洗刷采用中空设计，并且其与外部的管道连接，通过管道将去离子水输送到清洗刷的刷头部分。
进一步而言，上述技术方案中，所述的抛光液中固体颗粒为金刚石微粒或者二氧化硅溶胶，或者是二者的结合。
进一步而言，上述技术方案中，该清洗方法可用于除SiC外延片以外的其他半导体晶体，或者精密金属表面的处理。
本发明专利提供了一种SiC外延片的化学机械清洗方法，其特点是结合机械化学抛光和化学清洗，在清洗过程中一次性对晶片表面的污染物进行清除，包括各种金属离子，有机物，光刻胶残留等表面污染物，减少了去除各种表面污染物必须采用不同步骤的麻烦。同时对晶片表面进行一定程度的修饰，如降低粗糙度改善晶片表面形貌，甚至可以在清洗的过程中释放晶片表面应力，从而提高产品的质量。
另外，本发明还提供一种基于SiC外延片的化学机械清洗方法的专用工具，该工具为抛光刷，该抛光刷包括：刷头、刷柄和固定在刷头上的刷毛，其中刷柄为中空状，刷头一体成型在刷柄末端，所述的刷柄具有与外部管道相连的连接部，抛光液通过外部管道进入刷柄内部，并由刷头部位流向刷毛。
本发明采用的清洗方法中还采用了另一种专用工具，该工具为清洗刷，与前述的抛光刷结构类似，其包括：刷头、刷柄和固定在刷头上的刷毛，其中刷柄为中空状，刷头一体成型在刷柄末端，所述的刷柄具有与外部管道相连的连接部，清洗用去离子水通过外部管道进入刷柄内部，并由刷头部位流向刷毛。
本发明所采用的专用工具可以有效的除牢固粘附在晶片表面的颗粒物和原子级的晶片表面，可以彻底的去除传统方法无法去除的表面颗粒，同时对晶片表面进行一定程度的修饰，如降低粗糙度改善晶片表面形貌，甚至可以在清洗的过程中释放晶片表面应力，从而提高产品的质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1常见化学清洗的过程示意图；
图2是本发明的清洗流程图；
图3是本发明中专用工具抛光刷的结构示意图；
图4是本发明中专用工具清洗刷的结构示意图；
图5是本发明清洗过程示意图；
图6是附着有颗粒物的晶片表面的显微图像。
具体实施方式
见图2-4所示，一种SiC外延片的化学机械清洗方法，包括下列步骤：
首先，将需要进行清洗的SiC外延晶片放置在一个耐腐蚀的基座上固定，并且晶片将通过基座实现旋转。通常基座可通过马达驱动，并且晶片通过基座上的固定夹具固定。基座的旋转速度可根据需要调节，并不需要对其转速进行特别的限定，通常可维持在每分钟1000转左右即可，并且可根据清洗的程度进行转速调节。
其次，采用耐腐蚀的毛刷作为抛光刷，抛光刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行化学抛光清洗，在此清洗过程中，抛光液将通过抛光刷喷洒在晶片的表面；所述的抛光液的PH值和成分可根据晶片的材料以及附着物的特性进行选择，固体颗粒可为金刚石微粒或者二氧化硅溶胶，或者是二者的结合。抛光液将通过抛光刷的刷毛带动抛光液中的固体颗粒摩擦晶片表面，同时结合抛光液的化学腐蚀作用下，去除晶片表面附着的固体颗粒及原子级晶片表面层。
然后，将抛光刷更换为清洗刷，清洗刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行清洗，在此清洗过程中，去离子水将通过清洗刷喷洒在晶片的表面，将前述的残留抛光液彻底清洗干净。
接着，提起清洗刷，并用去离子水冲洗晶片表面；
最后，用热氮气吹扫旋转的晶片表面，干燥晶片。
见图3所示，所述的抛光刷1采用中空设计，并且其与外部的管道连接，通过管道将抛光液输送到抛光刷的刷头部分。该抛光刷1包括：刷头11、刷柄12和固定在刷头11上的刷毛13，其中刷柄12为中空状，刷头11一体成型在刷柄12末端，所述的刷柄12具有与外部管道相连的连接部，抛光液通过外部管道进入刷柄12内部，并由刷头11部位流向刷毛13。
见图4所示，该清洗刷2包括：刷头21、刷柄22和固定在刷头21上的刷毛23，其中刷柄22为中空状，刷头21一体成型在刷柄22末端，所述的刷柄22具有与外部管道相连的连接部，清洗用去离子水通过外部管道进入刷柄22内部，并由刷头21部位流向刷毛23。
上述的抛光刷和清洗刷采用相同的结构，其根据连接中通的外部管道而实现不同的功能。在实际清洗过程时，可将抛光刷和清洗刷同时安装在基座上方的机头上，机头可实现上下移动，并且抛光刷和清洁刷均可转动安装在机头上方，并通过驱动机构实现转动。清洗过程中，可以通过对机头的调整将对应的抛光刷或者清洗刷对应放置在基座上晶片上方。或者机头不动，通过调整基座的的位置将晶片调整到抛光刷或者清洗刷对应放置的下方。
由于半导体晶片表面在复杂的加工检测过程中会沾污各种成分复杂的污染物，例如指纹，因为成分复杂，常规的RCA清洗流程很难彻底去除。此外在SiC外延过程结束的时候，反应腔内会有大量的3C-SiC沉降在晶片表面，由于此时晶片依旧保持高温状态，这些颗粒会牢固的粘附在晶片表面。不同于其他依靠范德华力附着在晶片表面的颗粒，这些3C-SiC化学性质稳定，常规的化学剂根本无法将其从晶片表面腐蚀剥离，由于其牢固粘接在晶片表面，超声波和刷洗和化学清洗的方法均无法将其从外延片表面剥离下来。见图1所示，传统的化学或超声波清洗方式中，一部分颗粒沾污物在化学溶剂或超声波作用下从晶体表面脱副，可溶于化学溶剂的颗粒沾污物将从晶体表面脱附，但是一些无法溶于化学溶剂的颗粒沾污物将再附着在晶片表面，同时，这种清洗方式对于晶片表面并没有形成剥离。结合图5所示，本发明中，不仅将晶片表面的颗粒沾污物清洗掉，同时由于结合了化学清洗和机械清洗，本发明还可以在晶片的表面形成原子级别的表面剥离，这样对晶片表面进行一定程度的修饰，如降低粗糙度改善晶片表面形貌，甚至可以在清洗的过程中释放晶片表面应力，从而提高产品的质量。
Claims (3)
1.一种SiC外延片的化学机械清洗方法，其特征在于：本清洗方法是将化学机械抛光和清洗的方法结合起来，适用于有牢固附着缺陷的晶片表面，将中空设计的抛光刷与外部的管道连接，通过管道将抛光液输送到抛光刷的刷头部分，通过刷头对晶片表面进行抛光清洗，再通过清洗刷清洗晶体表面；
该清洗方法包括下列步骤：
首先，将需要进行清洗的SiC外延晶片放置在一个耐腐蚀的基座上固定，晶片将通过基座实现旋转；
其次，采用耐腐蚀的毛刷作为抛光刷，抛光刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行化学抛光清洗，在此清洗过程中，抛光液将通过抛光刷喷洒在晶片的表面，所述的抛光液中固体颗粒为金刚石微粒或者二氧化硅溶胶，或者是二者的结合；
然后，将抛光刷更换为清洗刷，清洗刷自转并沿着晶片半径方向往复移动，对晶片的表面进行清洗，在此清洗过程中，去离子水将通过清洗刷喷洒在晶片的表面；
接着，提起清洗刷，并用去离子水冲洗晶片表面；
最后，用热氮气吹扫旋转的晶片表面，干燥晶片。
2.根据权利要求1所述的一种SiC外延片的化学机械清洗方法，其特征在于：所述的清洗刷采用中空设计，并且其与外部的管道连接，通过管道将去离子水输送到清洗刷的刷头部分。
3.根据权利要求2所述的一种SiC外延片的化学机械清洗方法，其特征在于：该清洗方法可用于除SiC外延片以外的其他半导体晶体，或者精密金属表面的处理。
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Denomination of invention: A Chemical Mechanical Cleaning Method for SiC Epitaxial Wafers Effective date of registration: 20230512 Granted publication date: 20180601 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Dongguan branch Pledgor: Guangdong Tianyu Semiconductor Co.,Ltd. Registration number: Y2023980040499 |