CN113793801A - 一种磷化铟衬底晶片的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷化铟衬底晶片的清洗方法，包括：将晶片依次采用热硫酸和冷硫酸浸泡处理，再进行S1清洗液、S2清洗液和S3清洗液清洗，最后再采用双氧水清洗。本发明的磷化铟衬底晶片的清洗方法得到的清洗表面杂质离子含量比现有工艺更低，降低了外延的缺陷率，使外延层与磷化铟衬底层更为匹配，不仅明显优化和改善了衬底表面质量，在不破坏晶片抛光后粗糙度的前提下，能够降低氧化层厚度、且能有效控制表面白雾和表面杂质含量，而且本发明的清洗工艺显著地提高了产品的成品率，极大地降低了生产成本。

Description

一种磷化铟衬底晶片的清洗方法

技术领域

本发明专属于半导体材料生产的应用领域，具体涉及一种优化的、高成品率、高效率的磷化铟衬底晶片的清洗方法。

背景技术

作为第二代半导体材料的磷化铟（InP），是重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料之一，也是继Si、GaAs之后的新一代电子功能材料。磷化铟具有许多优点，磷化铟具有直接跃迁型能带结构、高的电光转换效率和电子迁移率，易于制成半绝缘片材料，适合制作高频微波器件和电路，工作温度高，具有强的抗辐射能力，作为太阳能电池材料转换效率高等。这些特征决定了其在固体发光、微波通信、光纤通信、制导/导航、卫星等民用和军事领域的应用十分广阔。

但是，在由磷化铟晶体到磷化铟晶片衬底的生产过程中还需要经过一系列复杂的加工工艺过程。其中在开盒即用前的最后一道工艺过程中，即磷化铟晶片的清洗是最关键的制程之一。清洗后，磷化铟晶片的表面质量直接影响外延层的质量，进而影响磷化铟基器件的性能，除了衬底材料要保证性能质量必须满足客户要求外，衬底晶片的表面质量也必须满足客户的使用要求，并与客户的MOCVD工艺相匹配。

目前行业内常用清洗操作流程为：1、使用化蜡剂对上蜡工艺后抛光完成的磷化铟晶片进行化蜡；2、使用热、冷硫酸快速清洗去除晶片表面较大的有机颗粒和金属化合物；3、去离子水冲洗去除残酸；4、去离子水超声溢流清洗去除部分微颗粒；5、采用30～35%体积比双氧水溶液清洗，去除晶片表面的部分重金属及无机杂质；6、去离子快速冲洗晶片表面后甩干，检验无药水残留及机械损伤后可包装出货。但此磷化铟常规清洗工艺表面的洁净度，粗糙度，氧化层厚度太厚，同时，在晶片会生成不可控的白雾缺陷，表面杂质含量超标不符合要求，整体成品率低不足。中国专利申请CN113035690A中的清洗方法也存在清洗后衬底表面硫含量相对较高，影响衬底外延，清洗后的晶片质量有待提高等缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种在不破坏晶片抛光后粗糙度的前提下，能够降低氧化层厚度、且能有效控制表面白雾和表面杂质含量的磷化铟衬底晶片的清洗方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本工艺通过导入S1清洗液（去离水和过氢化氢，氢氧化氨的混合药液），S2清洗液（水与磷酸的混合药液），S3清洗液（水与盐酸，氢氟酸的混合药液）的清洗基本去除了磷化铟晶片衬底表面的金属化合物离子和有机颗粒，重金属及无机杂质，确保了晶片表面的洁净度，同时，并不破坏晶片抛光后粗糙度，且降低了氧化层厚度，表面白雾和表面杂质含量也得到了有效控制。

一种磷化铟衬底晶片的清洗方法，包括如下步骤：

（1）将经抛光和化蜡的晶片于热硫酸浸泡处理；

（2）将经步骤（1）处理后的晶片于硫酸中浸泡处理；

（3）将经步骤（2）处理后的晶片置于水碗中，先使用水枪冲洗水碗保持水溢流状态，然后采用水枪冲洗；

（4）将经步骤（3）处理后的晶片放入S1清洗液中进行清洗；所述S1清洗液为过氧化氢、氢氧化铵和水的混合液；

（5）将经步骤（4）处理的晶片放入S2清洗液中进行清洗；所述S2清洗液为磷酸和水的混合液；

（6）将经步骤（5）处理后的晶片于S3清洗液中进行清洗；所述S3清洗液为盐酸、氢氟酸和水的混合液；

（7）将经步骤（6）处理后的晶片于双氧水中进行清洗，然后再经水冲洗，甩干。

作为优选，步骤（4）中，所述S1清洗液中水、过氧化氢和氢氧化铵的体积比为1:2:3～10；

所述清洗的条件为：于8℃以下清洗20～60s。

作为优选，步骤（5）中，S2清洗液中磷酸和水的质量比为3:7～3:10；磷酸的质量分数为95%～98%；

所述清洗的时间为30～60s。

作为优选，步骤（6）中，S3清洗液中盐酸、氢氟酸和水的体积比为3:1:40～50；盐酸的质量分数为30～40%、氢氟酸的质量分数为40～55%；

所述清洗的时间为30～60s。

作为优选，步骤（7）中，所述双氧水中过氧化氢体积占比为30.0～32.0 %；所述双氧水的清洗时间为30～60s。

作为优选，步骤（1）中，所述热硫酸的温度为60～75℃；热硫酸的质量分数为70～98%；所述热硫酸浸泡的时间为3～5s。

作为优选，步骤（2）中，所述硫酸的质量分数为70～98%；所述硫酸浸泡的时间为1～5s。

作为优选，步骤（3）中，所述溢流的水量为10～50L/min；所述晶片在水碗中保留的时间为5～10s；所述水枪冲水时间为30～40s。

作为优选，在步骤（4）和（5）之间，还包括采用水枪对晶片进行冲洗的步骤，所述冲洗的冲水时间为30～40s。

作为优选，在步骤（5）和（6）之间，还包括将晶片放入溢流槽，使用水枪冲洗溢流槽保持水溢流状态以进行清洗的步骤；所述溢流的水量10～50L/min，晶片在溢流槽的时间为10～30s。

本发明所产生的有益效果为：

1、本发明针对现有清洗工艺的缺陷，通过大量研究开发新的针对磷酸铟衬底晶片的清洗工艺，先通过热、冷浓硫酸清洗较好地去除表面有机杂质，再采用S1清洗液氨水、双氧水混合液对衬底表层进行简单剥离，去除硫酸清洗后的氧化层，S1清洗液虽然能够剥离氧化层但是不能去除S元素，接着采用S2清洗液磷酸的水溶液进行清洗，降低衬底表面S元素含量，再采用S3清洗液盐酸与氢氟酸混合液对衬底表面进行腐蚀剥离，使磷化铟本体裸露出来，最终使用双氧水对新裸露的磷化铟本体进行氧化保护，得到的清洗表面杂质离子含量比现有工艺更低，降低了外延的缺陷率，使外延层与磷化铟衬底层更为匹配，不仅明显优化和改善了衬底表面质量，而且本发明的清洗工艺显著地提高了产品的成品率，极大地降低了生产成本。

2、本发明的磷化铟晶片的清洗工艺改善了晶片表面的清洁度，经Tencor机检测，2寸磷化铟晶片表面的0.3μm2亮点数量由原来的46个，降低到8个。

附图说明

图1为本发明的磷化铟衬底晶片的清洗方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种磷化铟衬底晶片的清洗方法，其具体的工艺流程图如图1所示，包括：

（1）选取一组已经用上蜡抛光工艺抛光完成并化蜡过的磷化铟2寸晶片20片，使用清洗专用夹具依次取一片磷化铟晶片夹紧，在质量分数为96%、70℃的热硫酸里浸泡5s；

（2）在质量分数为96%、常温冷的硫酸里浸泡2s，然后，放入水碗，并同时使用水枪冲洗水碗保持水溢流状态，溢流水量10～50L/min，晶片在水碗时间5～10s，水枪冲水时间为30s；

（3）在4℃的S1清洗液（水、过氧化氢和过氧化氨的体积比为1:2:10的混合液）里浸泡60s，浸泡过程中不断旋转晶片夹，使晶片表面受液均匀，以便晶片表面得到均匀的腐蚀清洗，并用水枪冲洗，清洗时间：30s；

（4）在常温的S2清洗液（磷酸和水的质量比为3:10的混合液）里浸泡30s，使用水枪冲洗，清洗时间：30s；

（5）在常温的S3清洗液（盐酸、氢氟酸和水的体积比为3:1:50的混合液）里浸泡30s；

（6）将晶片放入溢流槽，并同时使用水枪冲洗溢流槽保持水溢流状态，溢流水量为10～50L/min，溢流清洗时间：30s；

（7）在常温的双氧水中里浸泡30s，双氧水中过氧化氢体积含量为30～32%，然后立即使用水枪冲洗，清洗时间：30s，此磷化铟工艺的清洗的时间和温度是最优方案之一；

（8）每一片晶片清洗完成后甩干，置于用氮气干燥过的卡塞盒内，待检验合格后，即可包装出货。

实施例2：

一种磷化铟衬底晶片的清洗方法，其具体的的工艺流程图如图1所示，包括：

（1）选取一组已经用上蜡抛光工艺抛光完成并化蜡过的磷化铟3寸晶片共9片，使用清洗专用夹具依次取一片磷化铟晶片夹紧，在质量分数为96%、65℃的热硫酸里浸泡5s；

（2）在质量分数为96%、常温冷的硫酸里浸泡3s；然后放入水碗，并同时使用水枪冲洗水碗保持水溢流状态，溢流水量10～50L/min，晶片在水碗时间5～10s，后续冲洗时间为40s；

（3）在4℃的S1清洗液（水、过氧化氢和过氧化氨的体积比为1:2:3的混合液）里浸泡60s，浸泡过程中不断旋转晶片夹，使晶片表面受液均匀，以便晶片表面得到均匀的腐蚀清洗，并用水枪冲洗，清洗时间：40s；

（4）在常温的S2清洗液（磷酸和水的质量比为3:7的混合液，磷酸质量分数为95-98%）里浸泡30s，使用水枪冲洗，清洗时间：45s；

（5）在常温的S3清洗液（盐酸、氢氟酸和水的体积比为3:1:40的混合液，盐酸质量分数为37%、氢氟酸质量分数为49%）里浸泡45s；

（6）将晶片放入溢流槽，并同时使用水枪冲洗溢流槽保持水溢流状态，溢流水量10～50L/min，洗时间：30s；

（7）在常温的双氧水中里浸泡30s，双氧水中过氧化氢的体积含量为30～32%；然后立即使用水枪冲洗，清洗时间：45s，此磷化铟工艺的清洗的时间和温度是最优方案之一；

（8）每一片晶片清洗完成后甩干，置于用氮气干燥过的卡塞盒内，待检验合格后，即可包装出货。

对比例1

一种磷化铟衬底晶片的清洗方法，包括：

（1）选取一组已经用上蜡抛光工艺抛光完成并化蜡过的磷化铟2寸晶片20片，使用清洗专用夹具依次取一片磷化铟晶片夹紧，在质量分数为96%、65℃的热硫酸里浸泡6s；

（2）在质量分数为96%、常温冷的硫酸里浸泡3s，然后，放入水碗，并同时使用水枪冲洗水碗保持水溢流状态，水枪冲水时间：30s；

（3）在常温的S1清洗液（水、柠檬酸的体积比为1:30的混合液）里浸泡30s，浸泡过程中不断旋转晶片夹，使晶片表面受液均匀，以便晶片表面得到均匀的腐蚀清洗，并用水枪冲洗，清洗时间：30s；

（4）在常温的S2清洗液（氨水和双氧水的质量比为2:3的混合液）里浸泡60s，使用水枪冲洗，清洗时间：30s；

（5）在常温的S3清洗液（浓硫酸和水的体积比为1:50的混合液）里浸泡20s；

（6）使用水枪冲洗态，清洗时间：30s；

（7）每一片晶片清洗完成后甩干，置于用氮气干燥过的卡塞盒内，待检验合格后，即可包装出货。

对实施例2和对比例1的每个实验组随机选取两片清洗后的磷化铟衬底成品，用Tencor机检测磷化铟晶片衬底上的0.3μm²范围内的亮点数，每个实验组分别取平均值。结果如表1所示。

每个实验组随机选取两片清洗后的磷化铟衬底成品，用椭偏仪检测磷化铟衬底上氧化层的厚度，每个实验组分别取平均值。结果如表1所示。

表1 磷化铟衬底的清洗方法的清洗效果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将经抛光和化蜡的晶片于热硫酸浸泡处理；

（2）将经步骤（1）处理后的晶片于硫酸中浸泡处理；

（3）将经步骤（2）处理后的晶片置于水碗中，先使用水枪冲洗水碗保持水溢流状态，然后采用水枪冲洗；

（4）将经步骤（3）处理后的晶片放入S1清洗液中进行清洗；所述S1清洗液为过氧化氢、氢氧化铵和水的混合液；

（5）将经步骤（4）处理的晶片放入S2清洗液中进行清洗；所述S2清洗液为磷酸和水的混合液；

（6）将经步骤（5）处理后的晶片于S3清洗液中进行清洗；所述S3清洗液为盐酸、氢氟酸和水的混合液；

（7）将经步骤（6）处理后的晶片于双氧水中进行清洗，然后再经水冲洗，甩干。

2.根据权利要求1所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，步骤（4）中，所述S1清洗液中水、过氧化氢和氢氧化铵的体积比为1:2:3～10；

所述清洗的条件为：于8℃以下清洗20～60s。

3.根据权利要求1所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，步骤（5）中，S2清洗液中磷酸和水的质量比为3:7～3:10；磷酸的质量分数为95%～98%；

所述清洗的时间为30～60s。

4.根据权利要求1所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，步骤（6）中，S3清洗液中盐酸、氢氟酸和水的体积比为3:1:40～50；盐酸的质量分数为30～40%、氢氟酸的质量分数为40～55%；

所述清洗的时间为30～60s。

5.根据权利要求1所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，步骤（7）中，所述双氧水中过氧化氢体积占比为30.0～32.0 %；所述双氧水的清洗时间为30～60s。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，步骤（1）中，所述热硫酸的温度为60～75℃；热硫酸的质量分数为70～98%；所述热硫酸浸泡的时间为3～5s。

7.根据权利要求1～5任意一项所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，步骤（2）中，所述硫酸的质量分数为70～98%；所述硫酸浸泡的时间为1～5s。

8.根据权利要求1～5任意一项所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，步骤（3）中，所述溢流的水量为10～50L/min；所述晶片在水碗中保留的时间为5～10s；所述水枪冲水时间为30～40s。

9.根据权利要求1～5任意一项所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，在步骤（4）和（5）之间，还包括采用水枪对晶片进行冲洗的步骤，所述冲洗的冲水时间为30～40s。

10.根据权利要求1～5任意一项所述的磷化铟衬底晶片的清洗方法，其特征在于，在步骤（5）和（6）之间，还包括将晶片放入溢流槽，使用水枪冲洗溢流槽保持水溢流状态以进行清洗的步骤；所述溢流的水量10～50L/min，晶片在溢流槽的时间为10～30s。

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