CN1876786A - 一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液及其清洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于它是由非离子表面活性剂、有机碱和纯水混合组成，其重量比为纯水∶非离子表面活性剂∶有机碱为45～75％∶3～15％∶22～40％；其清洗方法为：取清洗剂清洗，加入10～30倍去离子水依次放入第一、二、三槽内，分别加热，并进行超声处理；然后喷淋，最后烘干；其优越性在于：清洗剂完全溶解于水，且采用超声技术，能够有效去除残留在半导体材料上的蜡、有机物残留以及清洗剂和其他杂质，再通过喷淋和烘干得到洁净表面；清洗所用化学试剂均不污染环境、不易燃烧，属于非破坏臭氧层物质，满足环保要求；工艺简单，操作方便。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种清洗剂，特别是一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液及其清洗方法。
(二)背景技术：
随着集成电路的集成度迅速提高，集成电路中器件的特征尺寸不断减小，对半导体材料表面蜡或有机物的要求变得更加严格，并且在甚大规模集成电路的制备过程中，半导体材料表面状态及洁净度是影响器件质量与可靠性的最重要的因素之一，因此在半导体材料表面任何蜡或有机物的污染将会导致严重的后果。在集成电路制备抛光工艺和研磨工艺的操作过程中的蜡或有机物污染是一种最普通的污染之一。吸附集成电路衬底表面的蜡或有机物在p-n结扩散制作或离子注入时容易损坏和污染设备，处于蜡或有机物下面的半导体材料不能得到掺杂，从而导致低击穿、管道击穿的后果。此外，蜡或有机物还会牢固得吸附在晶片表面，在淀积薄膜时嵌入键合在表面。在淀积过程中，蜡或有机物会导致针孔、微小裂缝、损坏设备甚至引起相邻导线的短路或断路。目前，较先进美国的SPEEDFAM、MEMC等公司，采取半导体材料抛光后，且在蜡和有机物形成化学键合吸附前，迅速用双面刷片机刷洗，并用清洗液洗，即可获得较洁净的表面，但是所用的清洗剂存放时间短，必须在2小时内用其刷洗半导体材料，否则会使有机物超标，不合格，变成不合格产品。
(三)发明内容：
本发明的目的在于发明一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液及其清洗方法，它能克服上述现有技术的缺点，达到较好的清洗效果，而且工艺简单，操作方便，满足环保要求，是一种涉化学、机械、物理等多重学科，并且应用于电子信息领域的新型清洗液及其清洗方法。
本发明的技术方案：一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于它是由非离子表面活性剂、有机碱和纯水混合组成，其重量比为纯水∶非离子表面活性剂∶有机碱为45～75％∶3～15％∶22～40％。
上述所说的有机碱可以是醇胺、胺碱、羟胺或多羟多胺。
上述所说的表面活性剂是聚氧乙烯系非离子表面活性剂、多元醇酯类非离子表面活性剂、高分子及元素有机系非离子表面活性剂中的一种或两种以上组合。
上述所说的聚氧乙烯系非离子表面活性剂可以是聚氧乙烯烷基酚、聚氧乙烯脂肪醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺。
上述所说的多元醇酯类非离子表面活性剂可以是乙二醇酯、甘油酯或聚氧乙烯多元醇酯。
上述所说的高分子及元素有机系非离子表面活性剂可以是环氧丙烷均聚物、元素有机系聚醚或聚氧乙烯无规共聚物。
一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗方法，其特征在于它包括以下步骤：
①取清洗剂清洗，加入10～30倍去离子水放入第一槽内，加热到50～60℃，将装有半导体材料的花篮放入该槽内，配合超声波作用，进行大约5～10分钟超声处理；
②将去离子水放入第二槽内，用去离子水进行超声处理，加热到50～60℃，将花篮从一槽中取出，放入二槽，配合超声波作用，进行大约5～10分钟的超声处理；
③再取去离子水放入第三槽内，继续用去离子水进行超声处理，加热到50～60℃，将花篮从二槽中取出，放入三槽，配合超声波作用，进行大约5～10分钟的超声处理；
④喷淋，用温度为50～60℃的去离子水喷淋，时间为2～5分钟；
⑤烘干，时间为3～5分钟。
上述所说的半导体材料是硅片、锗片、砷化镓片或宝石片。
上述所说的烘干采用热风或红外烘干方式。
本发明的工作原理在于：清洗剂完全溶解于水，在超声作用下能够有效去除残留在半导体材料上的蜡和有机物残留。超声水洗过程则能够将残留在半导体材料上的清洗剂和其他杂质去除，再通过喷淋和烘干得到洁净表面。
在清洗剂中采用一种有机碱作为pH值调节剂，有机碱的氢氧根在溶液中缓慢电离，能够腐蚀半导体材料表面并去除吸附在表面的蜡和有机物污染物，同时可以保证腐蚀的均匀性，清洗后不改变表面粗糙度；根据结构相似相溶的原理，有机碱还能够去除半导体材料表面的有机污染物；同时有机碱还具有络合作用，能够去除部分金属离子。因此，有机碱可同时作为pH值调制剂、络合剂、缓蚀剂、分散剂、助氧剂实现了一剂多用。清洗剂中采用特选的非离子表面活性剂实现优先吸附，并在半导体材料表面形成保护层，防止污染物的二次吸附，能有效去除蜡和有机物等污染物。清洗剂中的渗透剂不但能够降低溶液的表面张力，而且具有很强的渗透能力，能够渗透到半导体材料和污染物之间，将污染物托起，使其脱离，达到去除的目的。
本发明的优越性在于：(1)清洗剂完全溶解于水，且采用超声技术，能够有效去除残留在半导体材料上的蜡、有机物残留以及清洗剂和其他杂质，再通过喷淋和烘干得到洁净表面；(2)清洗剂中选用的有机碱，能够提高清洗剂的均匀腐蚀性，保证腐蚀的一致性，而且有机碱属于有机物，能够根据结构相似相溶原理，溶解半导体材料表面的有机污染物；(3)清洗剂中加入了特选的渗透剂，能够降低清洗剂的表面张力，对半导体材料有很好的清洗效果；(3)清洗剂中选用有机碱、表面活性剂，并加入特选的渗透剂，增强了清洗剂的渗透性，且能够降低清洗剂的表面张力；(4)所选用的有机碱、表面活性剂、渗透剂水溶性好、渗透力强、且环保无污染；(5)表面活性剂能够增强质量传递，保证清洗的均匀性，降低半导体材料表面粗糙度；(6)清洗所用化学试剂均不污染环境、不易燃烧，属于非破坏臭氧层物质，满足环保要求；(7)工艺简单，操作方便。
(四)具体实施方式：
实施例1：一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于它是由非离子表面活性剂、有机碱中的三乙醇胺(HOCH2CH2)3和纯水混合组成，其重量比为纯水∶非离子表面活性剂∶有机碱为55％∶35％∶10％。
上述所说的非离子表面活性剂是聚氧乙烯醚类表面活性剂的脂肪醇聚氧乙烯(20)醚[RO(CH2CH2O)20H，R＝C12-18H25-37]和聚氧乙烯醚类渗透剂的环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物[JFC，R-O(C2H4O)nH]，所说的脂肪醇聚氧乙烯(20)醚和环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物的配比为2∶1。
一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗方法，其特征在于它包括以下步骤：
①取清洗剂清洗，加入30倍去离子水放入第一槽内，加热到60℃，将装有硅片的花篮放入该槽内，配合超声波作用，进行大约5分钟超声处理；
②将去离子水放入第二槽内，用去离子水进行超声处理，加热到60℃，将花篮从一槽中取出，放入二槽，配合超声波作用，进行大约5分钟的超声处理；
③再取去离子水放入第三槽内，继续用去离子水进行超声处理，加热到60℃，将花篮从二槽中取出，放入三槽，配合超声波作用，进行大约5分钟的超声处理；
④喷淋，用温度为60℃的去离子水喷淋，时间为2分钟；
⑤热风烘干，时间为3分钟。
应用效果：清洗后，半导体材料表面在管灯的下，表面光洁、无花纹、斑点、花脸、用棉花擦拭后，棉花依然洁白。
实施例2：一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于它是由非离子表面活性剂、有机碱中的四甲基氢氧化胺和纯水混合组成，其重量比为纯水∶非离子表面活性剂∶有机碱为62％∶13％∶25％。
上述所说的非离子表面活性剂是聚氧乙烯醚类表面活性剂的聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯(吐温-80)和聚氧乙烯醚类渗透剂的辛醇聚氧乙烯醚，所说的聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯(吐温-80)和环氧乙烷和聚氧乙烯醚类渗透剂的辛醇聚氧乙烯醚的配比为8∶5。
一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗方法，其特征在于它包括以下步骤：
①取清洗剂清洗，加入10倍去离子水放入第一槽内，加热到50℃，将装有宝石片的花篮放入该槽内，配合超声波作用，进行大约10分钟超声处理；
②将去离子水放入第二槽内，用去离子水进行超声处理，加热到50℃，将花篮从一槽中取出，放入二槽，配合超声波作用，进行大约10分钟的超声处理；
③再取去离子水放入第三槽内，继续用去离子水进行超声处理，加热到50℃，将花篮从二槽中取出，放入三槽，配合超声波作用，进行大约10分钟的超声处理；
④喷淋，用温度为50℃的去离子水喷淋，时间为2～5分钟；
⑤红外烘干，时间为5分钟。
应用效果：清洗后，半导体材料表面在管灯的下，表面光洁、无花纹、斑点、花脸、用棉花擦拭后，棉花上没有变黑。
Claims (9)
1、一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于它是由非离子表面活性剂、有机碱和纯水混合组成，其重量比为纯水∶非离子表面活性剂∶有机碱为45～75％∶3～15％∶22～40％。
2、根据权利要求1中所说的一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于所说的有机碱可以是醇胺、胺碱、羟胺或多羟多胺。
3、根据权利要求1中所说的一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于所说的表面活性剂是聚氧乙烯系非离子表面活性剂、多元醇酯类非离子表面活性剂、高分子及元素有机系非离子表面活性剂中的一种或两种以上组合。
4、根据权利要求3中所说的一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于所说的聚氧乙烯系非离子表面活性剂可以是聚氧乙烯烷基酚、聚氧乙烯脂肪醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺。
5、根据权利要求3中所说的一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于所说的多元醇酯类非离子表面活性剂可以是乙二醇酯、甘油酯或聚氧乙烯多元醇酯。
6、根据权利要求3中所说的一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗液，其特征在于所说的高分子及元素有机系非离子表面活性剂可以是环氧丙烷均聚物、元素有机系聚醚或聚氧乙烯无规共聚物。
7、一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗方法，其特征在于它包括以下步骤：
①取清洗剂清洗，加入10～30倍去离子水放入第一槽内，加热到50～60℃，将装有半导体材料的花篮放入该槽内，配合超声波作用，进行大约5～10分钟超声处理；
②将去离子水放入第二槽内，用去离子水进行超声处理，加热到50～60℃，将花篮从一槽中取出，放入二槽，配合超声波作用，进行大约5～10分钟的超声处理；
③再取去离子水放入第三槽内，继续用去离子水进行超声处理，加热到50～60℃，将花篮从二槽中取出，放入三槽，配合超声波作用，进行大约5～10分钟的超声处理；
④喷淋，用温度为50～60℃的去离子水喷淋，时间为2～5分钟；
⑤烘干，时间为3～5分钟。
8、根据权利要求7中所说的一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗方法，其特征在于所说的半导体材料是硅片、锗片、砷化镓片或宝石片。
9、根据权利要求7中所说的一种去除半导体材料表面蜡和有机物的清洗方法，其特征在于所说的烘干采用热风或红外烘干方式。
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