CN117352372A - 一种碳化硅晶片的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳化硅晶片的清洗方法，包括以下步骤：将待清洗的碳化硅晶片在清洗液中浸泡，得到清洗后的碳化硅晶片；所述清洗液包括非质子极性溶剂与水。与现有技术相比，本发明在湿法清洗工艺前将碳化硅晶片在包括非质子极性溶剂与水的清洗液中进行浸泡，利用非质子极性溶剂与有机物的相似相容性，进一步溶解晶片加工过程中及清洗中的有机物残留，有效降低宏观颗粒，进一步降低微观粒子在晶片表面的附着，提高晶圆的品质，为后续外延、器件的稳定性能提高保证。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种碳化硅晶片的清洗方法。
背景技术
碳化硅(SiC)作为最重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。由于SiC晶片加工中需要由许多有机物和无机物共同参与完成，且诸多工艺需由人的参与进行，因此产品不可避免的会被一些有机物、颗粒、金属和氧化物等杂质污染。而在碳化硅做成的集成电路内，各元件及连线相当微细，在制造过程中，如果遭到这些杂质污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏，形成短路或断路，导致集成电路失效，造成严重损失。因此碳化硅衬底在最终加工完毕后，必须保证其高度的洁净度。
现有碳化硅晶片在经过抛光加工后，需先利用化蜡剂和碱性清洗剂去除晶片表面的大部分有机物(如石蜡、松香等)，后续用酸性洗液去除残蜡，但仍有残留，形成表观的不良，降低产品的品质；并且有机物的残留会在晶圆对应表面形成有机膜，阻止清洗液浸润晶圆表面，从而导致晶圆表面清洗不干净，使得金属杂质等在清洗后仍留在晶圆上。
碳化硅晶体常用的清洗方法为RCA标准清洗法，它的基本步骤最初只包括碱性氧化和酸性氧化两步，但目前使用的RCA清洗大多包括四步，即先用含硫酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗，再用含胺的弱碱性过氧化氢进行碱性氧化清洗，接着用稀的氢氟酸溶液进行清洗，最后用含盐酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗，在每次清洗中间都要用超纯水(DI水)进行漂洗，最后再用低沸点有机溶剂进行干燥，涉及酸性洗液、碱性洗液。RCA标准清洗法的第一步是利用SPM中的H2SO4使有机物脱水碳化，过氧化氢将其氧化成CO或CO2，从而去除有机物。但对于有机物的去除，若能在SPM洗之前，增加去除有机物的清洗工艺，将极大减轻后道清洗工序的压力，提高最终的清洗效果。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种碳化硅晶片的清洗方法，该清洗方法对有机物具有较高的清洗效果。
本发明提供了一种碳化硅晶片的清洗方法，包括以下步骤：
将待清洗的碳化硅晶片在清洗液中浸泡，得到清洗后的碳化硅晶片；
所述清洗液包括非质子极性溶剂与水。
优选的，所述非质子极性溶剂与水的体积比为1：9～3：7。
优选的，所述非质子极性溶剂选自丙酮和/或N-甲基吡咯烷酮。
优选的，所述浸泡的时间为5～20min。
优选的，还包括表面活性剂；所述表面活性剂与非质子极性溶剂的质量比为1：10～1：3。
优选的，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂。
优选的，在清洗液浸泡后，还包括用水和/或异丙醇进行冲洗，得到清洗后的碳化硅晶片。
优选的，所述冲洗的时间为10～20min。
优选的，用水进行冲洗后，还包括在水中浸泡。
优选的，在水中浸泡后，还进行湿法清洗。
本发明提供了一种碳化硅晶片的清洗方法，包括以下步骤：将待清洗的碳化硅晶片在清洗液中浸泡，得到清洗后的碳化硅晶片；所述清洗液包括非质子极性溶剂与水。与现有技术相比，本发明在湿法清洗工艺前将碳化硅晶片在包括非质子极性溶剂与水的清洗液中进行浸泡，利用非质子极性溶剂与有机物的相似相容性，进一步溶解晶片加工过程中及清洗中的有机物残留，有效降低宏观颗粒，进一步降低微观粒子在晶片表面的附着，提高晶圆的品质，为后续外延、器件的稳定性能提高保证。
进一步在清洗液中还加入表面活性剂，利用表面活性剂形成胶束的能力，将溶解的颗粒包裹起来，减少清洗液中的颗粒和晶片表面因“异性相吸”导致的逆污染，进而有效降低微观粒子和宏观颗粒在晶片表面的附着，提高晶片的品质，为后续芯片、器件的性能提供保证。
附图说明
图1为本发明提供的碳化硅晶片的清洗流程示意图；
图2为本发明提供的碳化硅晶片的清洗流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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。
本发明提供了一种碳化硅晶片的清洗方法，包括以下步骤：将待清洗的碳化硅晶片在清洗液中浸泡，得到清洗后的碳化硅晶片；所述清洗液包括非质子极性溶剂与水。
参见图1与图2，图1与图2为本发明提供的碳化硅晶片的清洗流程示意图。
其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
在本发明中，所述待清洗的碳化硅晶片为本领域技术人员熟知的经过抛光处理的碳化硅晶片即可，并无特殊的限制，在本发明中优选为经过抛光处理的碳化硅晶圆。
将待清洗的碳化硅晶片在清洗液中浸泡；所述清洗液包括非质子极性溶剂与水；所述非质子极性溶剂优选丙酮和/或N-甲基吡咯烷酮，更优选为丙酮或N-甲基吡咯烷酮；所述非质子极性溶剂与水的体积比优选为1：9～3：7，更优选为2：8～3：7；在本发明中，所述清洗液优选还包括表面活性剂；所述表面活性剂与丙酮的质量比优选为1：10～1：3；所述表面活性剂优选为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂；更优选为TX-10；所述清洗液的总量优选为容器容积的1/3～2/3，且能充分浸没待清洗的碳化硅晶片为宜；所述浸泡的时间优选为5～20min；在浸泡过程中可以辅以振荡、搅拌与鼓泡等方式的一种或多种，而不采用超声、兆声，以避免超声、兆声等操作导致的有机溶剂过度挥发带来的风险。
浸泡后，优选用水和/或异丙醇(IPA)进行冲洗，充分洗去清洗液残留；当所述非质子极性溶剂为丙酮时，优选用水进行冲洗；当所述非质子溶剂为N-甲基吡咯烷酮时，优选先用异丙醇冲洗，然后用水进行冲洗，更优选先用异丙醇冲洗，然后在异丙醇中浸泡，再用水进行冲洗；所述冲洗的时间优选为3～20min；当采用异丙醇冲洗时，冲洗时间优选为3～5min；当用水冲洗时，冲洗的时间优选为10～20min；在异丙醇中浸泡的时间优选为5～10min，以除去表面非质子有机溶剂残留；浸泡时优选进行超声处理，更优选隔冷水超声，可减少有机溶剂的过度挥发，进一步去除晶圆表面活性剂残留；所述超声的功率优选为80～100KHZ。
用水和/或异丙醇进行冲洗后，优选还包括在水中浸泡，得到清洗后的碳化硅晶片。
按照本发明，清洗后的碳化硅晶片可继续进行湿法清洗；所述湿法清洗优选为RCA标准清洗法。
本发明在湿法清洗工艺前将碳化硅晶片在包括非质子极性溶剂与水的清洗液中进行浸泡，利用非质子极性溶剂与有机物的相似相容性，进一步溶解晶片加工过程中及清洗中的有机物残留，有效降低宏观颗粒，进一步降低微观粒子在晶片表面的附着，提高晶圆的品质，为后续外延、器件的稳定性能提高保证。
进一步在清洗液中还加入表面活性剂，利用表面活性剂形成胶束的能力，将溶解的颗粒包裹起来，减少清洗液中的颗粒和晶片表面因“异性相吸”导致的逆污染，进而有效降低微观粒子和宏观颗粒在晶片表面的附着，提高晶片的品质，为后续芯片、器件的性能提供保证。
在本发明中，所述碳化硅晶片的清洗方法具体为
(1)丙酮和水混合成清洗液，体积比在1:9-3:7，总量占容器的容积的1/3-2/3，且能充分浸没碳化硅产品为宜；
(2)利用工装、夹具将清洗的晶圆置入(1)的清洗液中，充分浸泡5～20min；
(3)利用工装夹具将晶圆从(2)中取出，置于干净的纯水环境中，冲洗、喷淋10-20min，充分洗去清洗液残留；
(4)将(3)中冲洗干净的晶圆放在纯水中浸泡；
(5)将(4)的晶圆运送到工艺所需的工段进行新一轮清洗。
注意：操作时，环境做好通风，操作人员做好防护。
在工艺设备允许的情况下，步骤(3)和(4)可以结合在一起，置于干净的纯水环境中，冲洗、喷淋、溢流超声10～20min，充分洗去清洗液残留。
或具体为：
(1)N-甲基吡咯烷酮和水混合成清洗液，总量占容器的容积的1/3-2/3，且能充分浸没碳化硅产品为宜；
(2)利用工装、夹具将清洗的晶圆置入(1)的清洗液中，充分浸泡并超声5～20min；
(3)利用工装夹具将晶圆从(2)中取出，用纯IPA充分冲洗后3～5min并浸泡在纯IPA中隔冷水超声5～10min，去除晶圆表面残留；
(4)将(3)纯水冲洗、喷淋浸泡10～20min，充分洗去清洗液残留。
(5)将(4)中清洗好的晶圆放在纯水中浸泡。
(6)将(5)的晶圆运送到工艺所需的工段进行新一轮清洗。
在步骤(3)，用纯IPA充分冲洗后最好排除废液，并浸泡在新的纯IPA中，超声时控制温度，隔冷水超声减少有机溶剂的过度挥发,进一步去除晶圆表面活性剂残留。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供一种碳化硅晶片的清洗方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例
采用表1中的清洗液，按照图1所示的清洗方式进行清洗，得到结果如表1所示。
清洗液同一浸泡时间均为10～20min，后续纯水冲洗10min，若含超声，超声5～10min，超声的功率为100KHZ。
表1不同清洗方式对比结果
结果显示：使用NMP(N-甲基吡咯烷酮)的效果最佳，颗粒水平最低，说明有比较好的清洗效果；30％丙酮浸泡后，颗粒水平其次，同样有良好的清洗效果。工艺场地设备完善的条件下，可采用NMP来达到较好的清洗水平。在工艺设施条件有限时，可选用丙酮来达到较好的清洗水平。
注：以RCA正常清洗测试数据作为标准，其他清洗方式均在RCA之前增加相关清洗配方，测试数据以标准RCA清洗为基准进行统一。
RCA清洗法具体为：第一步，使用的试剂为SPM(是Surfuric/Peroxide Mix的简称)，SPM试剂又称为SC-3试剂(是Standard Clean-3的简称)。SC-3试剂是由H2SO4-H2O2-H2O组成(其中H2SO4与H2O2的体积比为1：3)，用SC-3试剂在120℃温度下对晶圆进行清洗是用于去除有机物的典型工艺。
第二步，使用的试剂为APM(是Ammonia/Peroxide Mix和简称)，APM试剂又称SC-1试剂(是Standard Clean-1的简称)。SC-1试剂是由NH4OH-H2O2-H2O组成，三者的比例为1：1：5，清洗时的温度为60℃；SC-1试剂清洗的主要作用是碱性氧化，去除晶圆表面的颗粒，并可氧化及去除表面少量的有机物和Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr等金属原子污染；温度控制在80℃以下是为减少因氨和过氧化氢挥发造成的损失。以上步骤可结合超声和兆声技术，进一步提高清洗良率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳化硅晶片的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待清洗的碳化硅晶片在清洗液中浸泡，得到清洗后的碳化硅晶片；
所述清洗液包括非质子极性溶剂与水。
2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述非质子极性溶剂与水的体积比为1：9～3：7。
3.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述非质子极性溶剂选自丙酮和/或N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述浸泡的时间为5～20min。
5.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，还包括表面活性剂；所述表面活性剂与非质子极性溶剂的质量比为1：10～1：3。
6.根据权利要求4所述的清洗方法，其特征在于，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂。
7.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在清洗液浸泡后，还包括用水和/或异丙醇进行冲洗，得到清洗后的碳化硅晶片。
8.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，所述冲洗的时间为10～20min。
9.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，用水进行冲洗后，还包括在水中浸泡。
10.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，在水中浸泡后，还进行湿法清洗。
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