CN114496730A

CN114496730A - 一种晶片清洗方法

Info

Publication number: CN114496730A
Application number: CN202111659222.0A
Authority: CN
Inventors: 郑金龙; 吴倩; 周铁军; 马金峰; 资云玲
Original assignee: Guangdong Vital Micro Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Vital Micro Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明公开了一种晶片清洗方法，旨在保证晶片清洗质量的同时保证清洗后晶片的氧化层的均匀性，其技术方案：一种晶片清洗方法，包括如下步骤：S1：先采用第一蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第一蒸汽药液为酸性药液；S2：先采用第二蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第二蒸汽药液为碱性药液；S3：先采用第三蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第三蒸汽药液为碱性药液；S4：先采用第四蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第四蒸汽药液为酸性药液；S5：风干晶片，属于晶片清洗技术领域。

Description

一种晶片清洗方法

技术领域

本发明属于晶片清洗技术领域，更具体而言，涉及一种晶片清洗方法。

背景技术

晶片经过抛光工序后，其表面会残留许多譬如抛光液的化学物质，如果不及时进行清洗，这些化学物质就会污染整个晶片，甚至会导致晶片作废，这样会导致材料的浪费以及成本的增加；所以，在晶片抛光后，需要进入到晶片的清洗工序。

在现有技术中，晶片的清洗方法有很多，如发明专利公开号CN112474550A公开的一种氧化镓晶片CMP后的清洗方法，其方法为：S1、用包含硫酸、双氧水和去离子水的清洗液Ⅰ清洗CMP后的氧化镓晶片，然后用去离子水清洗；S2、用包含氨水、双氧水和去离子水的清洗液Ⅱ清洗S1清洗后的氧化镓晶片，然后用去离子水清洗；S3、用包含氢氟酸和去离子水的清洗液Ⅲ清洗S2清洗后的氧化镓晶片，然后用去离子水清洗；S4、用包含盐酸、双氧水和去离子水的清洗液Ⅳ清洗S3清洗后的氧化镓晶片，然后用去离子水清洗；S5、在超声功率为150-300w的环境下超声清洗S4清洗后的氧化镓晶片。

在上述的清洗方法中，其是通过依次使用清洗液Ⅰ、清洗液Ⅱ、清洗液Ⅲ、清洗液Ⅳ来对晶片进行清洗的，最后再采用超声清洗；其中，清洗液Ⅰ用包含硫酸、双氧水和去离子水，其用于去除晶片表面的石蜡等有机物；清洗液Ⅱ包含氨水、双氧水和去离子水，其用于去除晶片表面的晶颗粒；清洗液Ⅲ包含氢氟酸和去离子水，其用于去除晶片表面的硅溶胶和二氧化硅等颗粒；清洗液Ⅳ包含盐酸、双氧水和去离子水，其用于去除晶片表面的金属离子。

在实际应用中，晶片在清洗完毕后进入晶片外延工序；而清洗后的晶片一般会在表面形成氧化层，但在外延工序中，则需要将该氧化层去掉。

而现有技术中的晶片清洗，其一般是通过浸泡或喷淋的方式实现的，如上述的氧化镓晶片CMP后的清洗方法。

现有技术存在的缺陷在于，通过浸泡或喷淋的方式对晶片进行清洗，容易出现清洗不均匀的现象，会影响到晶片最后生成的氧化层的厚度的均匀性，若氧化层厚度不均匀则会影响到晶片外延工序中氧化层去除的效果，导致氧化层去除不均匀，从而影响到晶片外延生长的质量；

而上述的氧化镓晶片CMP后的清洗方法，清洗液的使用顺序是酸性清洗液、碱性清洗液、酸性清洗液、酸性清洗液，其使用的酸性清洗液过多，且是通过浸泡的方式进行清洗的，此种清洗方法容易使得氧化层腐蚀过度，在晶片清洗完毕后，晶片表面接触到空气会生成自然氧化层，而自然氧化层的厚度不可控且不均匀，不利于在晶片外延工序中去除，从而不利于晶片外延生长的质量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种晶片清洗方法，旨在保证晶片清洗质量的同时保证清洗后晶片的氧化层的均匀性。

根据本发明的第一方面，提供了一种晶片清洗方法，包括如下步骤：

S1：先采用第一蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第一蒸汽药液为酸性药液；

S2：先采用第二蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第二蒸汽药液为碱性药液；

S3：先采用第三蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第三蒸汽药液为碱性药液；

S4：先采用第四蒸汽药液清洗晶片，再用去离子水冲洗晶片；其中，所述第四蒸汽药液为酸性药液；

S5：风干晶片；

其中，第二蒸汽药液和第三蒸汽药液均为含氢氧化铵、过氧化氢的水溶液；

第二蒸汽药液中的氢氧化铵的浓度为14wt％-20wt％；第二蒸汽药液中的过氧化氢的浓度为6wt％-12wt％；

第三蒸汽药液中的氢氧化铵的浓度为8.4wt％-11.2wt％；第三蒸汽药液中的过氧化氢的浓度为18wt％-21wt％。

本发明一个特定的实施例中，所述第一蒸汽药液为由浓度为17wt％-18wt％的硝酸、浓度为25.5wt％-28.5wt％的盐酸混合而成的水溶液。

本发明一个特定的实施例中，所述第四蒸汽药液为稀硫酸溶液，其浓度为0.97wt％。

本发明一个特定的实施例中，第一蒸汽药液、第二蒸汽药液、第三蒸汽药液以及第四蒸汽药液对晶片的清洗时间均为28s-35s；

S1、S2、S3中去离子水冲洗晶片的时间均为25s-35s；S4中去离子水冲洗晶片的时间为60s-70s。

本发明一个特定的实施例中，S5中通过热氮气风干晶片。

本发明一个特定的实施例中，清洗时，所述晶片竖直布置。

本发明一个特定的实施例中，进行S1之前，先用去离子水冲洗20s-30s。

本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

在本发明中，晶片依次经过酸性的第一蒸汽药液、碱性的第二蒸汽药液、碱性的第三蒸汽药液、酸性的第四蒸汽药液进行清洗；

其中，第二蒸汽药液、第三蒸汽药液中的过氧化氢会使得晶片在清洗的过程中生成氧化层；清洗过程中所使用药液均为蒸汽药液，在清洗时，蒸汽药液可以均匀地附着在晶片上，保证其可以均匀地清洗晶片，同时，使得晶片生成的氧化层的厚度更为均匀；第四蒸汽药液用于轻蚀所生成的氧化层，使其生成预设厚度的氧化层；

本发明通过药液的方式取代自然氧化的方式来使晶片表面生成氧化层，其厚度均匀可控，从而使得在外延工序中可以均匀地去除晶片表面的氧化层，保证晶片外延生长的质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明的实施例1的流程图；

图2是本发明的实施例1的晶片厚度测量点的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。

实施例1

参照图1所示，一种晶片清洗方法，针对四寸的碳化硅晶圆的清洗，包括如下步骤：

具体来说，所述第一蒸汽药液为由浓度为17.75wt％的硝酸、浓度为27.75wt％的盐酸混合而成的水溶液，即，所述第一蒸汽药液为王水，相对于硫酸等，其氧化能力更强，能氧化稳定金属，可有效去除金属杂质，且去除效果好；

晶片在被第一蒸汽药液清洗额定时间后，通过通入低温氮气的方式使第一蒸汽药液凝结，再采用去离子水对晶片进行冲洗，以均匀晶片的各个部位与蒸汽药液的接触时间。

晶片在被第二蒸汽药液清洗额定时间后，通过通入低温氮气的方式使第二蒸汽药液凝结，再采用去离子水对晶片进行冲洗，以均匀晶片的各个部位与蒸汽药液的接触时间。

晶片在被第三蒸汽药液清洗额定时间后，通过通入低温氮气的方式使第三蒸汽药液凝结，再采用去离子水对晶片进行冲洗，以均匀晶片的各个部位与蒸汽药液的接触时间。

第二蒸汽药液中的氢氧化铵的浓度为14wt％；第二蒸汽药液中的过氧化氢的浓度为6wt％；

第三蒸汽药液中的氢氧化铵的浓度为11.2wt％；第三蒸汽药液中的过氧化氢的浓度为18wt％。

具体来说，第二蒸汽药液、第三蒸汽药液均为由氢氧化铵、过氧化氢混合而成的水溶液，两者的区别在于，第二蒸汽药液中氢氧化铵的用量比过氧化氢的用量多，使得第二蒸汽药液的腐蚀性较强，氧化性稍差，有利于大颗粒的去除；而第三蒸汽药液中的氢氧化铵的用量比过氧化氢的用量少，使得第三蒸汽药液的氧化性强于腐蚀性，有利于去除小颗粒；

在清洗的过程中，先由过氧化氢对晶片进行氧化，再由氢氧化铵对氧化层进行腐蚀，从而实现颗粒的除去；具体来说，由于大颗粒的去除难度较少，所以第二蒸汽药液中的过氧化氢用量较少，所以其作用生成的氧化层厚度也较薄，起到氧化层预生成的作用；由于小颗粒的去除难度较大，所以需要氧化能力更强的第三蒸汽药液；

第三蒸汽药液在去除小颗粒杂质的同时会使晶片表面生成氧化层，通过药液来取代自然氧化使晶片生成氧化层，可保证其厚度的均匀性，从而便于晶片外延工序中均匀去除该氧化层，从而保证晶片外延生长的质量。

即，本实施例是通过采用第二蒸汽药液、第三蒸汽药液来使晶片表面生成氧化层的，使得生成的氧化层的厚度可控。

晶片在被第四蒸汽药液清洗额定时间后，通过通入低温氮气的方式使第四蒸汽药液凝结，再采用去离子水对晶片进行冲洗，以均匀晶片的各个部位与蒸汽药液的接触时间。

具体来说，所述第四蒸汽药液为稀硫酸溶液，其浓度为0.97wt％，其用于腐蚀经S3、S4步骤后产生的氧化层，使晶片生成预设厚度的氧化层，便于在外延工序中均匀地去除晶片表面的氧化层，保证晶片外延生长的质量。

S5：风干晶片；

具体来说，其是通过热氮气风干晶片；

在实际应用中，可以通过风干与甩干配合的方式干燥晶片，本实施例对此不作限制。

在本实施例中，清洗过程中所使用药液均为蒸汽药液，在清洗时，蒸汽药液可以均匀地附着在晶片上，保证其可以均匀地清洗晶片，同时，使得晶片生成的氧化层更为均匀。

具体来说，第一蒸汽药液、第二蒸汽药液、第三蒸汽药液以及第四蒸汽药液对晶片的清洗时间均为30s；

S1、S2、S3中去离子水冲洗晶片的时间均为30s；

S4中去离子水冲洗晶片的时间为60s；

其中的清洗时间以及去离子水冲洗时间根据实际应用而设，本实施例对此不作限制，上述时间使得本实施例中所清洗的晶片，其生成的氧化层在0.92-1.00nm左右；所述晶片的清洗时间以及去离子水冲洗时间根据实际生产情况而设。

优选地，清洗时，所述晶片竖直布置；具体来说，在用去离子水冲洗晶片时，晶片不会形成承托结构，避免去离子水、蒸汽药液残留在晶片上，从而避免蒸汽药液的混用，从而保证晶片生成的氧化层厚度的均匀。

在本实施例中，进行S1之前，先用去离子水冲洗20s，对晶片清洗前进行预清洗工序，保证清洗效果。

实施例2

与实施例1大体相同，不同的地方在于：

第二蒸汽药液中的氢氧化铵的浓度为20wt％；第二蒸汽药液中的过氧化氢的浓度为12wt％；

第三蒸汽药液中的氢氧化铵的浓度为8.4wt％；第三蒸汽药液中的过氧化氢的浓度为21wt％。

清洗效果分析

表1清洗效果表

	铜含量	颗粒数量	成品率
				实施例1	0.1	＜2	>92％
实施例2	0.12	＜2	>91.5％

上述清洗效果的检测使用Tencor机检测和Txrf检测。

对比例1

与实施例1大体相同，不同的地方在于：S3中采用的第三蒸汽药液为酸性药液，其为氢氟酸溶液，其浓度为4.45wt％。

氧化层厚度分析

其中，THK是指氧化层厚度；

表2氧化层厚度的测量结果

上述表格中的测量位置参照图2所示，测量所用仪器为椭偏仪；

由于对比例1中的S3是采用氢氟酸，其通过酸性药液清洗晶片以去除晶片上的小颗粒杂质，但是，其在清洗晶片时，会腐蚀S2所产生的氧化层，使得晶片在清洗完毕后不存在氧化层；所以，晶片在接触到空气后会产生自然氧化层，而自然氧化层的厚度是不可控的，所以生成的自然氧化层的厚度是不均匀的，即，在晶片外延工序中也无法将其均匀去掉，容易影响到晶片外延生长的质量；

而实施例1通过碱性的第三蒸汽药液去除晶片的小颗粒杂质，其在去除晶片上小颗粒杂质的同时可以根据生产所需生成预设厚度的氧化层，通过药液取代自然氧化来生成氧化层，其氧化层的厚度可控且均匀，即，在晶片外延工序中可以将该氧化层均匀去除，可保证晶片外延生长的质量。

对比例2

与实施例1大体相同，不同的地方在于：S1、S2、S3、S4中清洗晶片时是通过喷淋冲洗的方式清洗的，即，所使用的药液相同，但是，其不是通过蒸汽药液的方式清洗。

氧化层厚度分析

表3氧化层厚度的测量结果

实施例1、对比例2中清洗的晶片，其均是竖直放置的。

由于对比例2是通过冲洗的方式清洗晶片的，其容易使晶片清洗不均匀，从而导致所生成的氧化层的厚度不均匀；如，在冲洗的过程中，晶片的上部的冲洗液会流到晶片的下部，使得晶片的下部会出现2次清洗的现象，从而导致清洗不均匀。

而对于浸泡的方式清洗晶片，晶片在清洗时进入到药液的过程中以及晶片在清洗完毕后脱离晶片的过程中，都会导致晶片的上部和下部的浸泡时间的不同，从而使得晶片清洗不均匀，从而导致晶片在清洗后所生成的氧化层的厚度不均匀。

而实施例1中，其是通过蒸汽药液的方式清洗晶片的，蒸汽可以均匀地包裹晶片且均匀地附着在晶片上，使得晶片清洗均匀；在单次清洗完毕后，通过通入低温氮气的方式使得蒸汽药液凝结，从而使蒸汽药液脱离晶片，再采用去离子水对晶片进行冲洗，然后再进入下一步骤的清洗，均匀晶片的各个部位与蒸汽药液的接触时间，使得晶片在清洗后所生成的氧化层均匀，从而保证在晶片外延工序中可以将该氧化层均匀去除，保证晶片外延生长的质量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种晶片清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：

S5：风干晶片；

2.根据权利要求1所述的晶片清洗方法，其特征在于，所述第一蒸汽药液为由浓度为17wt％-18wt％的硝酸、浓度为25.5wt％-28.5wt％的盐酸混合而成的水溶液。

3.根据权利要求1所述的晶片清洗方法，其特征在于，所述第四蒸汽药液为稀硫酸溶液，其浓度为0.97wt％。

4.根据权利要求1所述的晶片清洗方法，其特征在于，第一蒸汽药液、第二蒸汽药液、第三蒸汽药液以及第四蒸汽药液对晶片的清洗时间均为28s-35s；

5.根据权利要求1所述的晶片清洗方法，其特征在于，S5中通过热氮气风干晶片。

6.根据权利要求1所述的晶片清洗方法，其特征在于，清洗时，所述晶片竖直布置。

7.根据权利要求1所述的晶片清洗方法，其特征在于，进行S1之前，先用去离子水冲洗20s-30s。