CN107039244B - 半导体晶片的处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体晶片的处理工艺：将半导体晶片表面清洗后，将晶片浸泡在非离子表面活性剂溶液中。本发明半导体晶片的处理工艺利用非离子表面活性剂在表面清洗后的晶片表面氧化层上形成一层物理保护膜，能有效的防止氧化层继续与空气中的氧气接触，从而防止氧化层厚度持续增大，达到很好的保护效果。

Description

半导体晶片的处理工艺
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种半导体晶片的处理工艺。
背景技术
以砷化镓（GaAs）为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料由于其独特的电学性能，在卫星通讯、微波器件、激光器及发光二极管领域有着十分广泛的应用。异质结双极晶体管、高电子迁移率晶体管、LED等器件的制作需要在高质量的衬底表面用分子束外延或者有机金属化合物气相外延技术生长外延结构。随着半导体器件工艺制作的不断完善，器件尺寸越来越小，利用率也越来越高，半导体衬底的质量尤其是晶片表面的质量对器件的可靠性和稳定性影响也越来越大。
晶片表面清洗是晶片加工过程中最重要及最后一个环节，是获得高质量表面不可或缺的步骤，晶片表面清洗的目的是去除前道工序的各种残留物质，获取新鲜、表面平整、洁净的表面，为后续LED外延生长提供基础。正如CN102064090B所介绍的，目前半导体晶片处理工艺基本上沿用APM或SC-1体系即氨水、双氧水、水混合溶液进行处理；还有另外一种HPM或SC-2体系即盐酸、双氧水和水混合溶液。但是砷化镓表面很活跃，其表面由Ga和As原子组成，很容易与空气中的氧气发生反应，生成自然氧化层，氧化层中含有三氧化二镓、三氧化二砷、五氧化二砷，还有少量的单质砷。使用SC-1或者SC-2清洗砷化镓表面后，虽然可以去除氧化层，但是晶片接触到空气，仍然会形成新的氧化层，如果清洗表面氧化层去除不彻底，或者清洗腐蚀表面不均匀，在晶片接触空气形成新的氧化层便会呈现无律性，因此也不能达到EPI-Ready，在后续外延生长中，外延层无法生长，或者会对LED外延生长结构产生影响，例如出现缺陷增多等问题， CN102064090B的技术方案是上述两种方法的进一步改进，但是仍然未做到清洗后对晶片表面进行保护。
所以，有必要设计一种新的半导体晶片的处理工艺以解决上述技术问题。
发明内容
半导体晶片的处理工艺不仅需要清洗表面有机物、污染、去除氧化层，还需保护清洗后的晶片表面，防止洁净的晶片表面再次被氧化。
本发明的目的在于提供一种清洗后对晶片表面进行保护的半导体晶片的处理工艺。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种半导体晶片的处理工艺：将半导体晶片表面清洗后，将晶片浸泡在非离子表面活性剂溶液中。
作为本发明的进一步改进，所述非离子表面活性剂为烷基苯酚聚氧乙烯醚。
作为本发明的进一步改进，所述非离子表面活性剂为辛基苯酚聚氧乙烯醚。
作为本发明的进一步改进，所述浸泡持续10-15s后迅速取出晶片。
作为本发明的进一步改进，所述半导体晶片表面清洗的具体过程为：
S1：将抛光后的晶片置于去离子水中浸泡，之后用去离子水冲洗晶片；
S2：用碱性溶液处理晶片：碱性溶液为NH3·H2O溶液、H2O2溶液、H2O混合形成的混合溶液，三者的质量比为NH3·H2O溶液:H2O2溶液:H2O=(1-6):(1-6):(5-15)，之后用去离子水冲洗晶片；其中，NH3·H2O溶液为质量分数为28-30%的溶液、H2O2溶液为质量分数为30-32%的溶液、H2O为去离子水；
S3：用酸性溶液处理晶片：酸性溶液为HCL溶液、H2O2溶液、H2O混合形成的混合溶液，其中HCL溶液为质量分数为36-38%的溶液、H2O2溶液为质量分数为30-32%的溶液、H2O采用去离子水，三者的质量比为HCL溶液:H2O2溶液:H2O=(1-5):(1-5):(10-100)，之后用去离子水冲洗晶片。
作为本发明的进一步改进，所述S2中，NH3·H2O溶液、H2O2溶液、H2O三者的质量比为1：2：8。
作为本发明的进一步改进，所述S3中，HCL溶液:H2O2溶液:H2O三者的质量比为1：1：40。
作为本发明的进一步改进，所述晶片从非离子表面活性剂溶液中取出后在甩干机上甩干。
作为本发明的进一步改进，所述甩干机的转速为3000-6000 rpm，甩干时间30-80s。
作为本发明的进一步改进，所述晶片为砷化镓晶片或磷化铟晶片。
本发明半导体晶片的处理工艺利用非离子表面活性剂在表面清洗后的晶片表面氧化层上形成一层物理保护膜，能有效的防止氧化层继续与空气中的氧气接触，从而防止氧化层厚度持续增大，达到很好的保护效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明半导体晶片的处理工艺，将半导体晶片表面清洗后，将晶片浸泡在非离子表面活性剂溶液中，在某些实施例中，晶片为砷化镓晶片；在某些实施例中，非离子表面活性剂为烷基苯酚聚氧乙烯醚，优选的，非离子表面活性剂为辛基苯酚聚氧乙烯醚；在某些实施例中，上述浸泡持续10-15s后迅速取出晶片。
在一些实施例中，半导体晶片表面清洗的具体过程为：
S1：将抛光后的晶片置于去离子水中浸泡，之后用去离子水冲洗晶片；
S2：用碱性溶液处理晶片：碱性溶液为NH3·H2O溶液、H2O2溶液、H2O混合形成的混合溶液，三者的质量比为NH3·H2O溶液:H2O2溶液:H2O=(1-6):(1-6):(5-15)，之后用去离子水冲洗晶片；其中，NH3·H2O溶液为质量分数为28-30%的溶液、H2O2溶液为质量分数为30-32%的溶液、H2O为去离子水；
S3：用酸性溶液处理晶片：酸性溶液为HCL溶液、H2O2溶液、H2O混合形成的混合溶液，其中HCL溶液为质量分数为36-38%的溶液、H2O2溶液为质量分数为30-32%的溶液、H2O采用去离子水，三者的质量比为HCL溶液:H2O2溶液:H2O=(1-5):(1-5):(10-100)，之后用去离子水冲洗晶片。
在某些实施例中，S2中三者的质量比优选为NH3·H2O溶液:H2O2溶液:H2O=1：2：8，混合溶液温度不高于10℃，优选3℃-5℃。
在某些实施例中，S3 中三者的质量比其中优选浓度比为HCL溶液:H2O2溶液:H2O=1：1：40，混合溶液温度为室温。
在某些实施例中，晶片从非离子表面活性剂溶液中取出后在甩干机上甩干，甩干机的转速为3000-6000 rpm，甩干时间30-80s，优选的转速为4500 rpm，优选的甩干时间为60s。
在某些实施例中，晶片为砷化镓晶片或磷化铟晶片。
对比实验：
测试设备：J.A. Woollam M-2000D。
样品一为：使用本发明方法处理的4寸砷化镓晶片。
样品二为：正常清洗，未经非离子表面活性剂处理的4寸砷化镓晶片。
使用J.A. Woollam M-2000D椭偏仪进行氧化层厚度测量，测试时取晶片上5点，以中心为原点，上下左右各测试一点，共计5点。
清洗后测试氧化层厚度一次，然后放置在洁净室空气中，每过一个月再测试一次，连续测试三个月，其测试数据如下：
样品一：使用本发明方法处理的砷化镓晶片。
三个月三次测试，晶片表面的氧化层厚度基本未增长，后两次测试的氧化层厚度跟初始氧化层厚度一致，说明此工艺方法对晶片表面进行有效的保护，可防止初始氧化层继续被氧化。
样品二：正常清洗，未经非离子表面活性剂处理的4寸砷化镓晶片。
Figure 773368DEST_PATH_IMAGE002
三个月三次测试，晶片表面的氧化层厚度随时间的推移，氧化层的厚度逐渐增厚，说明正常清洗未能对晶片表面进行有效的保护，氧化层被空气中的氧气持续氧化，因此，晶片表面的氧化层厚度也在增大。
通过以上的对比实验，经非离子表面活性剂溶液浸泡过的晶片表面的氧化层，其厚度不增长，其原因在于：非离子表面活性剂在氧化层表面形成一层物理保护膜，隔绝氧化层与空气中的氧气接触，防止清洗后的晶片表面再次被氧化，从而防止氧化层的厚度增大。
本发明半导体晶片的处理工艺利用非离子表面活性剂在表面清洗后的晶片表面氧化层上形成一层物理保护膜，能有效的防止氧化层继续与空气中的氧气接触，从而防止氧化层厚度持续增大，达到很好的保护效果。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (7)

1.一种半导体晶片的处理工艺，其特征在于：将半导体晶片表面清洗后，将晶片浸泡在非离子表面活性剂溶液中；
所述非离子表面活性剂为烷基苯酚聚氧乙烯醚或辛基苯酚聚氧乙烯醚；
所述的半导体晶片的处理工艺，其特征在于：所述半导体晶片表面清洗的具体过程为：
S1：将抛光后的晶片置于去离子水中浸泡，之后用去离子水冲洗晶片；
S2：用碱性溶液处理晶片：碱性溶液为NH3·H2O溶液、H2O2溶液、H2O混合形成的混合溶液，三者的质量比为NH3·H2O溶液:H2O2溶液:H2O＝(1-6):(1-6):(5-15)，之后用去离子水冲洗晶片；其中，NH3·H2O溶液为质量分数为28-30％的溶液、H2O2溶液为质量分数为30-32％的溶液、H2O为去离子水；
S3：用酸性溶液处理晶片：酸性溶液为HCl 溶液、H2O2溶液、H2O混合形成的混合溶液，其中HCl 溶液为质量分数为36-38％的溶液、H2O2溶液为质量分数为30-32％的溶液、H2O采用去离子水，三者的质量比为HCl 溶液:H2O2溶液:H2O＝(1-5):(1-5):(10-100)，之后用去离子水冲洗晶片。
2.根据权利要求1所述的半导体晶片的处理工艺，其特征在于：所述浸泡持续10-15s后迅速取出晶片。
3.根据权利要求1所述的半导体晶片的处理工艺，其特征在于：所述S2中，NH3·H2O溶液、H2O2溶液、H2O三者的质量比为1：2：8。
4.根据权利要求1所述的半导体晶片的处理工艺，其特征在于：所述S3中，HCl 溶液:H2O2溶液:H2O三者的质量比为1：1：40。
5.根据权利要求1所述的半导体晶片的处理工艺，其特征在于：所述晶片从非离子表面活性剂溶液中取出后在甩干机上甩干。
6.根据权利要求5所述的半导体晶片的处理工艺，其特征在于：所述甩干机的转速为3000-6000rpm，甩干时间30-80s。
7.根据权利要求1-6任一所述的半导体晶片的处理工艺，其特征在于：所述晶片为砷化镓晶片或磷化铟晶片。
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Assignee: Guangdong lead Microelectronics Technology Co.,Ltd.

Assignor: FIRST SEMICONDUCTOR MATERIALS Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023990000449

Denomination of invention: Processing Technology of Semiconductor Wafers

Granted publication date: 20200221

License type: Common License

Record date: 20230505