CN105938793B - 一种针对背镀晶片的清洗工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种针对背镀晶片的清洗工艺。该清洗方法包括氧气等离子体清洗、稀盐酸溶液清洗、水洗和干燥步骤。经本发明方法清洗的晶片背面洁净，粘附性较好，保证了背镀的可靠性和稳定性，提高了芯片的良率；且该清洗方法生产效率显著提高，用于蓝宝石晶片背镀工艺前的清洗。

Description

一种针对背镀晶片的清洗工艺
技术领域
本发明涉及一种蓝宝石晶片的背镀前清洗工艺，属于半导体加工技术领域。
背景技术
随着现代社会经济各行各业的飞速发展，节能环保已成为世界范围的重大课题。与人们生活息息相关的照明行业日益增大的消耗不得不引起人们着重关注。节能环保的半导体照明的迅猛发展恰恰成功解决了照明行业的这一难题，半导体照明成为了整个照明行业的主旋律。高亮度的多功能LED照明灯的大范围推广满足了照明行业的及节能又环保的要求而得到大幅度的发展。1999年9月国家经贸委印发的《“中国绿色照明工程”实施方案》主旨在于大力发展和推广节能高效照明器件，逐步取代传统的低效高耗能照明光源。传统的荧光灯和白炽灯高耗低效已不再适用，发光二极管(LED)作为半导体固体器件的一种主流产品，具有高寿命、低能耗、无污染、不含汞、可控性强等优点被广泛使用，尤其近年来发展的大尺寸LED因为亮度本身优势得到整个半导体行业的认可。
大尺寸LED提高亮度主要通过制作透明电极,使用高反射电极,制作背面反射镜,隐形切割以及改善封装工艺等方法来实现。背镀技术作为提高大尺寸LED的发光亮度的主要技术之一,因其成熟的制作工艺(热蒸发)和低廉的成本而被广泛应用。目前背镀方法主要有两种,一种方法是通过生长DBR(布拉格反射镜)来实现，另一种方法是通过生长ODR(全方位反射镜)来实现提高背面反射的效果。对于上述两种方法进行背镀工艺，均需要晶片背面的完全洁净，以提高背镀薄膜与晶片之间的粘附性，防止发生掉背镀现象。这就需要在减薄制程结束后保持晶片背面的洁净，但是晶片的运输过程(与空气的长时间接触，在晶片背面会形成一层成分复杂且较薄的阻挡膜)以及夹具对晶片的影响，不可避免的产生晶片背面的污染。这样，背镀前的清洗工艺对整个背镀质量的影响就变得至关重要。晶片背面如果在背镀前清洗不彻底，经过热蒸发的薄膜在完成冷却后很容易产生薄膜的脱落,以及因为背镀薄膜的粘附性不够在经过裂片后管芯边缘的背镀薄膜易产生不规则撕裂的边界,影响整个管芯的背面薄膜反射效果,直接降低发光亮度。
目前大多数广泛使用的背镀前清洗方法主要有两种。一种方法是，直接使用有机溶剂进行去污清洗，在上世纪70年代主要是采用有机溶剂清洗晶片，该方法清洗不能完全达到背镀所需要的洁净度，且对环境造成很大的影响。另一种方法是在晶片的正面涂覆足够厚度的光刻胶将晶片正面的金属电极和ITO保护完好的基础上，使用酸性溶液进行腐蚀清洗；该晶片的清洗方法操作复杂，且晶片背镀裂片率不良。为了克服晶片正面涂胶清洗方法的不足，中国专利CN103811295 A(201210456781.6)提出了一种针对背镀芯片的清洗工艺，该工艺是在加热条件下进行氨水双氧水浸泡，然后进行甩干处理。该工艺的优点是操作简单、方便，取消了传统清洗工艺中的正面涂胶保护方法,缩短了操作工步，一定程度上减少了裂片率,而且节省了光刻胶。但是该方法采用加热清洗的方法，不可避免的增加了整个工步的清洗时间，整个清洗工艺耗时较多，且需增加能源消耗和设备投资。
综上，晶片背镀前的清洗亟需一种能够彻底去除晶片背面脏污，或者能够对晶片背面进行微蚀形成新的界面，从而使背面易与金属氧化物形成粘附层，且整个清洗过程还要尽可能少耗时、提高清洗效率的新工艺方法。为此提出本发明。
发明内容
针对现有的正面涂覆光刻胶保护酸洗以及氨水双氧水混合溶液加热清洗方式的效率低下耗时长问题，本发明提供了一种清洗彻底且效率高的晶片背镀前清洗工艺，主要是针对背镀蓝宝石晶片的清洗。
术语说明:
蓝宝石晶片：蓝宝石晶片包括已经生长完成ITO电流扩展层或者金属电极层的蓝宝石衬底晶片。
ITO电流扩展层：生长在管芯发光区域的氧化铟锡薄膜。
金属电极：以铬、铝、钛、金、锗、铂、镍、银等金属材料任意交错形成的结构充当LED电极的组合。
减薄制程：是指蓝宝石晶片的有源面制作完成后，对晶片背面的衬底进行磨削加工，减薄至规定厚度。
本发明的技术方案如下:
一种晶片背镀前的清洗方法，所述晶片包括形成有器件的有源面及未形成有器件的背面，包括步骤：
将减薄的晶片背面进行氧气等离子体清洗处理；然后，
将晶片置于稀盐酸溶液中静置5-30秒，立即取出，然后，
水洗并通氮气；然后，
将晶片用加热的氮气吹干，吹干后，晶片进行高真空保存。
根据本发明优选的，所述晶片是蓝宝石衬底晶片。
根据本发明优选的，所述晶片背面进行氧气等离子体清洗处理是，将晶片放置在氧气等离子体清洗机内，将晶片的背面朝向等离子体射频集中的方向，主要清洗晶片的背面。进一步优选的，所述的氧气等离子体清洗机使用的射频功率为300-1200w，工作时间为1-10分钟，所用的氧气流量为5-50sccm。
根据本发明优选的，所述稀盐酸溶液密度为1.10-1.25g/mL；用质量分数为36-38％的稀盐酸与水配制而成。优选的，所述稀盐酸和水的体积比为1：5～60。进一步优选的，所述稀盐酸：水＝1:10体积比；所述稀盐酸溶液密度为1.18g/mL。
根据本发明优选的，所述晶片在稀盐酸溶液中静置8-12秒，到时间后立即取出。最优选的晶片在稀盐酸溶液中静置10秒。本发明中，上述稀盐酸溶液的浓度和晶片浸泡时间的控制十分关键。
根据本发明优选的，所述的水洗时间为3-10分钟，进一步优选水洗时间为4-5分钟。
根据本发明优选的，所述水洗并通氮气是用去离子水喷淋、下给水并通氮气的方式进行清洗。本领域中所述下给水(溢流)同时通氮气。
根据本发明优选的，所述加热的氮气的温度为40-80℃，氮气吹干时间为2-10分钟。进一步优选的加热的氮气温度为60℃，氮气吹干的时间为5分钟。
根据本发明优选的，所述氮气纯度≥99.999％；所述氮气压力为0.1-0.3MPa。以保证氮气的纯净和使用安全。进一步优选所述氮气是5N氮气。
根据本发明优选的，氮气吹干后的晶片在60分钟内装入真空镀膜机内进行高真空保存。
本发明中，所述稀盐酸溶液配制完成后有效使用时间为60分钟内。优选的，所述稀盐酸质量分数为37％。
本发明的技术特点及有益效果：
1、本发明的方法中，首先通过氧气等离子体清洗方法初步去除晶片表轻微脏污并将一定程度对晶片表面进行处理，改善表面的润湿性能；进一步使用特定比例的稀盐酸溶液浸泡清洗，经微腐蚀处理后使晶片背面形成一种新的界面，提高背镀膜的粘附性。
2、本发明的方法中，稀盐酸与水的特定比例和浸泡清洗的时间十分关键要，本发明人研究发现适当优选比例的稀盐酸溶液和清洗时间的控制能够完全保证在有效清洗的同时，不会产生对金属电极和ITO电流扩展层的腐蚀，从而晶片清洗时不需要对晶片正面的LED成型结构施加额外保护措施，便能完成整个背镀前清洗制程。
3、本发明的方法，工艺步骤简洁，仅仅需要一次氧气等离子体清洗，在对蓝宝石晶片背面初步清洁前提下，进一步使用一次稀盐酸溶液清洗，实现了快速有效的清洗，整个过程不需要甩胶及加热等耗时繁琐的操作，且使用的设备简单，耗水量大幅度降低，成本低廉，整个制程大大提升了晶片清洗的效率和质量。
4、经过本发明方法清洗过的蓝宝石晶片背面，完全呈现出一种新的、易与粘附的界面(参见图1)，晶片背面无污染，完全洁净，可用于所有蓝宝石晶片背镀前的清洗工作。通过该清洗方法,可有效的将晶片背面清洗干净,保证了背镀的可靠性和稳定性，提高了芯片的良率。
附图说明
图1是实施例1清洗之后的蓝宝石晶片背面的显微照片，显微镜放大倍数：目镜×物镜＝10×100；
图2是对比例1无氧气等离子体清洗的清洗工艺处理后所得的晶片背面的显微照片，显微镜放大倍数：目镜×物镜＝10×100；其中，“001”为清洗后残留在晶片背面的颗粒性污染物。
图3是对比例2不进行稀盐酸清洗后所得的晶片背面的显微照片，显微镜放大倍数：目镜×物镜＝10×100；其中，“002”为清洗后残留在晶片背面颜色较淡的片状污染物。
具体实施方式
下面进行实施例对本发明做进一步说明，包含但不限于此。实施例中试剂的浓度均为质量百分比。实施例中所用的氧气等离子体清洗机、真空镀膜机等设备均为现有市购产品。
实施例中所述的蓝宝石晶片均包括形成有器件的有源面及未形成有器件且背面，晶片背面的衬底进行减薄制程的处理。
实施例1：一种蓝宝石晶片的背镀前清洗工艺，包括氧气等离子体清洗、稀盐酸清洗、水洗和干燥，经过该方法清洗能够完全使蓝宝石晶片背面呈现出一个新的、易于粘附的界面。包括步骤如下：
(1)将蓝宝石晶片放置在氧气等离子体清洗机内进行氧气等离子体清洗处理，要求：将蓝宝石晶片背面朝向等离子体射频集中面，氧气等离子体射频功率使用900w，使用的5N级氧气流量为30sccm，射频清洗时间为5min。
(2)稀盐酸溶液配制：取质量分数为37％盐酸和水以1:10的体积比配制成稀盐酸溶液。
(3)稀盐酸清洗：将蓝宝石晶片置于(2)中配制好的稀盐酸溶液中静置10秒，到时间后立即取出。
(4)水洗：将步骤(3)处理完成的蓝宝石晶片通过用去离子水喷淋、下给水并通氮气的方式进行清洗5min；
(5)干燥：将步骤(4)处理完成的蓝宝石晶片使用温度为60℃的氮气吹拂5min，吹干后，晶片在60分钟内装入真空镀膜机内进行高真空保存。
以上所述的蓝宝石晶片是蓝宝石经过电极制作直到晶片经过减薄完成后的蓝宝石晶片。经过本工艺清洗处理后的晶片，在1000倍显微镜下观察晶片背面无脏污，表面洁净，如附图1所示。
对比例1：不进行氧气等离子体清洗
清洗方法如实施例1所述，所不同的是，省去实施例1步骤(1)的氧气等离子体的清洗，直接将减薄后的蓝宝石晶片进行稀盐酸处理。步骤如下：
①稀盐酸溶液配制：取质量分数为37％盐酸和水以1:10的体积比配制成稀盐酸溶液。
②稀盐酸清洗：将蓝宝石晶片置于(1)中配制好的稀盐酸溶液中静置10秒，到时间后取出。
③水洗：将步骤(2)处理完成的蓝宝石晶片通过用去离子水喷淋、下给水并通氮气的方式进行清洗5min；
④干燥：将步骤(3)处理完成的蓝宝石晶片使用温度为60℃的氮气吹拂5min，吹干后，晶片在60分钟内装入真空镀膜机内进行高真空保存。
经过该工艺清洗完成的蓝宝石晶片，晶片背面存在轻微的颗粒性污染。
清洗后的蓝宝石晶片背面在1000倍显微镜下观察，晶片背面会存在不同数量的颗粒性污染存在，如附图2所示。
对比例2：不进行稀盐酸的清洗
清洗方法如实施例1所述，所不同的是，去掉实施例1步骤(3)的稀盐酸清洗，直接将减薄后的蓝宝石晶片进行氧气等离子体清洗处理。步骤如下：
①将蓝宝石晶片放置在氧气等离子体清洗设备内进行氧气等离子体清洗处理，要求：将蓝宝石晶片背面朝向等离子体射频集中面，氧气等离子体射频功率使用900w，使用的5N级氧气流量为30sccm，射频清洗时间为5min。
②水洗：将步骤①处理完成的蓝宝石晶片通过用去离子水喷淋、下给水并通氮气的方式进行清洗5min；
③干燥：将步骤②处理完成的蓝宝石晶片使用温度为60℃的氮气吹拂5min，吹干后，晶片在60分钟内装入真空镀膜机内进行高真空保存。
该方法清洗后的蓝宝石晶片背面在1000倍显微镜下观察，晶片背面会存在不同程度的类似片状污染，如附图3所示。
实验例：
经过上述实施例1的方法清洗的蓝宝石晶片，按现有技术在其背面进行DBR的背镀，结果显示：其背镀膜层的粘附性好；分别与不进行氧气等离子体清洗(对比例1)和不进行稀盐酸的清洗的方法(对比例2)相比，掉背镀比例分别降低了2.4％、13.4％；相应的芯片的良率提高2.4％、13.4％。实验结果如表1所示：
表1、不同背镀前清洗工艺效果对比
清洗工艺 清洗数量/片 掉背镀晶片数量/片 掉背镀比例
实施例1 500 0 0.00％
对比例1 500 12 2.40％
对比例2 500 67 13.40％

Claims (9)

1.一种晶片背镀前的清洗方法，所述晶片包括形成有器件的有源面及未形成有器件的背面，包括步骤：
将减薄的晶片背面进行氧气等离子体清洗处理；然后，
将晶片置于稀盐酸溶液中静置5-30秒，立即取出，所述稀盐酸溶液是质量分数为36-38%的盐酸和水按体积比为1：5~60配制而成；然后，
水洗并通氮气；然后，
将晶片用加热的氮气吹干，吹干后，晶片进行高真空保存；
其中，所述晶片是蓝宝石衬底晶片；
所述晶片背面进行氧气等离子体清洗处理是：将晶片放置在氧气等离子体清洗机内，将晶片的背面朝向等离子体射频集中的方向，主要清洗晶片的背面；所述的氧气等离子体清洗机使用的射频功率为300-1200w，工作时间为1-10分钟，所用的氧气流量为5-50sccm。
2.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于，所述晶片在稀盐酸溶液中静置8-12秒。
3.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于，所述的水洗，时间为3-10分钟。
4.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于，所述水洗并通氮气是用去离子水喷淋、下给水并通氮气的方式进行清洗。
5.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于，所述加热的氮气的温度为40-80℃，氮气吹干时间为2-10分钟。
6.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于，所述氮气纯度≥99.999%；所述氮气压力为0.1-0.3MPa。
7.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于，氮气吹干后的晶片在60分钟内装入真空镀膜机内进行高真空保存。
8.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于，所述稀盐酸溶液配制完成后有效使用时间为60分钟内。
9.如权利要求1所述的晶片背镀前的清洗方法，其特征在于包括步骤如下：
（1）将蓝宝石晶片放置在氧气等离子体清洗机内进行氧气等离子体清洗处理，要求：将蓝宝石晶片背面朝向等离子体射频集中面，氧气等离子体射频功率使用900w，使用的5N级氧气流量为30sccm，射频清洗时间为5min；
（2）稀盐酸溶液配制：取质量分数为37%盐酸和水以1:10的体积比配制成稀盐酸溶液；
（3）稀盐酸清洗：将蓝宝石晶片置于（2）中配制好的稀盐酸溶液中静置10秒，到时间后立即取出；
（4）水洗：将步骤（3）处理完成的蓝宝石晶片通过用去离子水喷淋、下给水并通氮气的方式进行清洗5min；
（5）干燥：将步骤（4）处理完成的蓝宝石晶片使用温度为60℃的氮气吹拂5min，吹干后，晶片在60分钟内装入真空镀膜机内进行高真空保存。
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