CN108648989A - 一种单晶碳化硅衬底晶片清洗方法 - Google Patents

一种单晶碳化硅衬底晶片清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，包括以下步骤：步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过尖嘴喷水口打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物；步骤S20，低频纯水超声处理；步骤S30，药液处理；步骤S40，QDR处理。本发明整道清洗制程后可以达到晶片表面0.5um的颗粒度≤1000，合格率在90％以上，对比现行的清洗效果有显著的提升，送入无尘室进行最终清洗，晶片的通过率相对原工艺提升13％～18％，因来料颗粒度减少且稳定性高，使得无尘室清洗机药剂寿命延长25％～30％。

Description

一种单晶碳化硅衬底晶片清洗方法
技术领域
本发明涉及碳化硅衬底晶片加工技术领域，具体涉及一种单晶碳化硅衬底晶片清洗方法。
背景技术
碳化硅作为第三代半导体材料，其具有禁带宽度大，击穿场强，热导率大，电子饱和漂移速度高，抗辐射能力强和良好化学稳定性等特性，成为新一代的电子器件关键材料。在节能减排、国防建设、电子信息等方面有着可催生出上万亿的市场。同时碳化硅与制作大功率微波、电力电子、光电子器件的重要材料GaN之间具有非常小的晶格失配和热膨胀系数差，使得碳化硅成为新一代宽禁带半导体器件的重要衬底材料。
碳化硅晶片作为衬底材料其表面的洁净度直接影响后段图形化及外延加工的良率及最终器件的性能稳定性。碳化硅晶体加工的工艺包含线切、研磨、倒角、退火、铜抛、抛光和100级无尘室清洗。且每道加工过程都有相应的清洗工序用于去除晶片表面的脏污和金属离子后进行下一道工序。而抛光是衬底加工中的最后一道对晶片的加工，抛光后清洗的效果直接决定无尘室晶片清洗的来料情况及最终衬底表面的洁净度品质。
抛光后的晶片表面残留抛光液、金属离子等污染物。传统的抛光后清洗方法是抛光后加工后从陶瓷盘上取下晶片，经过多槽的药液清洗，图1中1、3、5；搭配多槽的QDR清洗，图1中2、4、6，整个清洗制程用时在1～2小时。由于晶片表面残留的污染物特性与污染物的颗粒大小呈多样性，所以传统的清洗存在制程时间长，药液用量多，清洗后晶片表面的颗粒度数量波动大等问题。
因此，需要一种清洗制程时间短、清洗剂用量少，清洗后晶片表面颗粒少、各晶片间稳定性高的单晶碳化硅衬底晶片清洁的方法。
发明内容
本发明针对上述碳化硅衬底晶片抛光后清洗的问题，提供一种单晶碳化硅衬底晶片清洁的方法，通过增加前道预清洗的方法，减少药液槽及QDR槽的数量的新的清洗方法去除晶片表面的赃物颗粒；减少整个清洗的制程时间，减少清洗剂的用量及减少清洗后晶片表面的颗粒及提高清洗后各晶片间的稳定性。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，包括以下步骤：
步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过尖嘴喷水口打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物，通过转动陶瓷盘使水扫过陶瓷盘上晶片的每个位置；
步骤S20，低频纯水超声处理：将步骤S10冲洗后的单晶碳化硅衬底晶片放入低频纯水超声槽，进一步去除单晶碳化硅衬底晶片表面的大颗粒的污染物；
步骤S30，药液处理：将步骤S20低频纯水超声处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入药液槽中，使用清洗剂清洗小颗粒的污染物；
步骤S40，QDR处理：将步骤S30药液处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入QDR槽中，进行单晶碳化硅衬底晶片的表面清洗及残余清洗。
进一步的，步骤S10中，冲洗处理的装置包括：水压调节阀、扁平式喷水口、陶瓷盘。
进一步的，步骤S10中，尖嘴喷水口处套有扁平式的喷水口。
进一步的，步骤S10中，冲洗时间为2min～8min。
进一步的，步骤S20中，低频纯水超声槽包括：超声波板、晶片盒。
进一步的，步骤S20中，低频纯水超声处理的工艺参数为：超声频率 10KHz～40KHz，纯水温度40℃～80℃，制程时间3min～12min。
进一步的，步骤S30中，药液槽包括：超声板、晶片盒、循环滤芯。
进一步的，步骤S30中，药液处理的工艺参数为：超声频率 60KHz～120KHz，药液配比3％～15％，循环滤芯0.5um～1um，制程时间 5min～15min。
进一步的，步骤S30中，药液处理使用的清洗剂的碱性pH值在8～14。
进一步的，步骤S40中，QDR清洗的时间为5min～15min。
本发明的优点是：
1.本发明单晶碳化硅衬底晶片清洗方法的增加冲洗处理过程和低频超声波处理过程，去掉了原有工艺的4槽清洗槽数，节省了清洗制程时间，使制程时间缩短一半以上；
2.本发明单晶碳化硅衬底晶片清洗方法节省了清洗剂、清洗药剂的使用量，节省了成本，对晶片清洗的效果有显著的提升，提高了清洗后的效果；
3.本发明单晶碳化硅衬底晶片清洗方法对后段的无尘室晶片最终清洗影响显著，提高了镜片的通过率，延长了药液寿命；
4.本发明整道清洗制程后可以达到晶片表面0.5um的颗粒度≤1000，合格率在90％以上，对比现行的清洗效果有显著的提升，送入无尘室进行最终清洗，晶片的通过率相对原工艺提升13％～18％，因来料颗粒度减少且稳定性高，使得无尘室清洗机药剂寿命延长25％～30％。
附图说明
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的实施方案，并与说明书一起用来说明本发明的制备流程。在附图中：
图1是传统的抛光后清洗方法；
图2是本发明单晶碳化硅衬底晶片清洗的工艺流程图；
图3是本发明单晶碳化硅衬底晶片清洗的设备流程图；
图中标号：1-药液清洗槽、2-QDR清洗槽、3-药液清洗槽、4-QDR清洗槽、 5-药液清洗槽、6-QDR清洗槽、1A-冲洗处理、2A-低频纯水超声槽、3A-药液槽、4A-QDR槽、1a-水压调节阀、2a-水槽、2b-超声波板、2c-衬底晶片盒、3a- 药液槽、3b-超声波板、3c衬底晶片盒、3d-滤芯循环、4a-QDR槽、4b-衬底晶片盒。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，包括以下步骤：
步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过套有扁平式喷水口的尖嘴喷水口，打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物，通过转动陶瓷盘使水扫过陶瓷盘上晶片的每个位置，冲洗时间为2min，其中冲洗处理的装置包括：水压调节阀、扁平式喷水口、陶瓷盘；
步骤S20，低频纯水超声处理：将步骤S10冲洗后的单晶碳化硅衬底晶片放入低频纯水超声槽，低频纯水超声槽包括：超声波板、晶片盒，进一步去除单晶碳化硅衬底晶片表面的大颗粒的污染物，低频纯水超声处理的工艺参数为：超声频率10KHz，纯水温度40℃，制程时间12min；
步骤S30，药液处理：将步骤S20低频纯水超声处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入药液槽中，药液槽包括：超声板、晶片盒、循环滤芯，使用清洗剂清洗小颗粒的污染物，药液处理的工艺参数为：超声频率60KHz，药液配比12％，循环滤芯1um，制程时间12min，药液处理使用的清洗剂的碱性pH值为8；
步骤S40，QDR处理：将步骤S30药液处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入QDR槽中，进行单晶碳化硅衬底晶片的表面清洗及残余清洗，清洗的时间为8min。
经本实施例方法清洗后的单晶碳化硅衬底晶片，晶片表面0.5um的颗粒度≤1000，合格率在93％，对比现行的清洗效果有显著的提升；送入无尘室进行最终清洗，晶片的通过率相对原工艺提升14％，因来料颗粒度减少且稳定性高使得无尘室清洗机药剂寿命延长25％。
实施例2
单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，包括以下步骤：
步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过套有扁平式喷水口的尖嘴喷水口，打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物，通过转动陶瓷盘使水扫过陶瓷盘上晶片的每个位置，冲洗时间为4min，其中冲洗处理的装置包括：水压调节阀、扁平式喷水口、陶瓷盘；
步骤S20，低频纯水超声处理：将步骤S10冲洗后的单晶碳化硅衬底晶片放入低频纯水超声槽，低频纯水超声槽包括：超声波板、晶片盒，进一步去除单晶碳化硅衬底晶片表面的大颗粒的污染物，低频纯水超声处理的工艺参数为：超声频率20KHz，纯水温度70℃，制程时间3min；
步骤S30，药液处理：将步骤S20低频纯水超声处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入药液槽中，药液槽包括：超声板、晶片盒、循环滤芯，使用清洗剂清洗小颗粒的污染物，药液处理的工艺参数为：超声频率80KHz，药液配比3％，循环滤芯1um，制程时间5min，药液处理使用的清洗剂的碱性pH值在9；
步骤S40，QDR处理：将步骤S30药液处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入QDR槽中，进行单晶碳化硅衬底晶片的表面清洗及残余清洗，清洗的时间为5min。
经本实施例方法清洗后的单晶碳化硅衬底晶片，晶片表面0.5um的颗粒度≤1000，合格率在92％，对比现行的清洗效果有显著的提升；送入无尘室进行最终清洗，晶片的通过率相对原工艺提升13％，因来料颗粒度减少且稳定性高使得无尘室清洗机药剂寿命延长26％。
实施例3
单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，包括以下步骤：
步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过套有扁平式喷水口的尖嘴喷水口，打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物，通过转动陶瓷盘使水扫过陶瓷盘上晶片的每个位置，冲洗时间为6min，其中冲洗处理的装置包括：水压调节阀、扁平式喷水口、陶瓷盘；
步骤S20，低频纯水超声处理：将步骤S10冲洗后的单晶碳化硅衬底晶片放入低频纯水超声槽，低频纯水超声槽包括：超声波板、晶片盒，进一步去除单晶碳化硅衬底晶片表面的大颗粒的污染物，低频纯水超声处理的工艺参数为：超声频率40KHz，纯水温度50℃，制程时间5min；
步骤S30，药液处理：将步骤S20低频纯水超声处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入药液槽中，药液槽包括：超声板、晶片盒、循环滤芯，使用清洗剂清洗小颗粒的污染物，药液处理的工艺参数为：超声频率100KHz，药液配比15％，循环滤芯0.5um，制程时间8min，药液处理使用的清洗剂的碱性pH值在13；
步骤S40，QDR处理：将步骤S30药液处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入QDR槽中，进行单晶碳化硅衬底晶片的表面清洗及残余清洗，清洗的时间为15min。
经本实施例方法清洗后的单晶碳化硅衬底晶片，晶片表面0.5um的颗粒度≤1000，合格率在91％，对比现行的清洗效果有显著的提升；送入无尘室进行最终清洗，晶片的通过率相对原工艺提升14％，因来料颗粒度减少且稳定性高使得无尘室清洗机药剂寿命延长29％。
实施例4
单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，包括以下步骤：
步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过尖嘴喷水口，打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物，通过转动陶瓷盘使水扫过陶瓷盘上晶片的每个位置，冲洗时间为8min，其中冲洗处理的装置包括：水压调节阀、扁平式喷水口、陶瓷盘；
步骤S20，低频纯水超声处理：将步骤S10冲洗后的单晶碳化硅衬底晶片放入低频纯水超声槽，低频纯水超声槽包括：超声波板、晶片盒，进一步去除单晶碳化硅衬底晶片表面的大颗粒的污染物，低频纯水超声处理的工艺参数为：超声频率30KHz，纯水温度80℃，制程时间10min；
步骤S30，药液处理：将步骤S20低频纯水超声处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入药液槽中，药液槽包括：超声板、晶片盒、循环滤芯，使用清洗剂清洗小颗粒的污染物，药液处理的工艺参数为：超声频率120KHz，药液配比5％，循环滤芯0.5um，制程时间15min，药液处理使用的清洗剂的碱性pH值在14；
步骤S40，QDR处理：将步骤S30药液处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入QDR槽中，进行单晶碳化硅衬底晶片的表面清洗及残余清洗，清洗的时间为12min。
经本实施例方法清洗后的单晶碳化硅衬底晶片，晶片表面0.5um的颗粒度≤1000，合格率在93％，对比现行的清洗效果有显著的提升；送入无尘室进行最终清洗，晶片的通过率相对原工艺提升16％，因来料颗粒度减少且稳定性高使得无尘室清洗机药剂寿命延长27％。
实施例5
单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，包括以下步骤：
步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过套有扁平式喷水口的尖嘴喷水口，打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物，通过转动陶瓷盘使水扫过陶瓷盘上晶片的每个位置，冲洗时间为5min，其中冲洗处理的装置包括：水压调节阀、扁平式喷水口、陶瓷盘；
步骤S20，低频纯水超声处理：将步骤S10冲洗后的单晶碳化硅衬底晶片放入低频纯水超声槽，低频纯水超声槽包括：超声波板、晶片盒，进一步去除单晶碳化硅衬底晶片表面的大颗粒的污染物，低频纯水超声处理的工艺参数为：超声频率20KHz，纯水温度60℃，制程时间8min；
步骤S30，药液处理：将步骤S20低频纯水超声处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入药液槽中，药液槽包括：超声板、晶片盒、循环滤芯，使用清洗剂清洗小颗粒的污染物，药液处理的工艺参数为：超声频率90KHz，药液配比9％，循环滤芯1um，制程时间10min，药液处理使用的清洗剂的碱性pH值在11；
步骤S40，QDR处理：将步骤S30药液处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入QDR槽中，进行单晶碳化硅衬底晶片的表面清洗及残余清洗，清洗的时间为10min。
经本实施例方法清洗后的单晶碳化硅衬底晶片，晶片表面0.5um的颗粒度≤1000，合格率在95％，对比现行的清洗效果有显著的提升；送入无尘室进行最终清洗，晶片的通过率相对原工艺提升18％，因来料颗粒度减少且稳定性高使得无尘室清洗机药剂寿命延长30％。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，冲洗处理：将抛光后的单晶碳化硅衬底晶片放到陶瓷盘中，调整水压调节阀，使水通过尖嘴喷水口打在陶瓷盘上的晶片，控制水流量去除晶体表面残留的抛光液和大颗粒的金属粒子等污染物，通过转动陶瓷盘使水扫过陶瓷盘上晶片的每个位置；
步骤S20，低频纯水超声处理：将步骤S10冲洗后的单晶碳化硅衬底晶片放入低频纯水超声槽，进一步去除单晶碳化硅衬底晶片表面的大颗粒的污染物；
步骤S30，药液处理：将步骤S20低频纯水超声处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入药液槽中，使用清洗剂清洗小颗粒的污染物；
步骤S40，QDR处理：将步骤S30药液处理后的单晶碳化硅衬底晶片放入QDR槽中，进行单晶碳化硅衬底晶片的表面清洗及残余清洗。
2.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S10中，所述冲洗处理的装置包括：水压调节阀、扁平式喷水口、陶瓷盘。
3.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S10中，所述尖嘴喷水口处套有扁平式的喷水口。
4.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S10中，所述冲洗时间为2min～8min。
5.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S20中，所述低频纯水超声槽包括：超声波板、晶片盒。
6.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S20中，所述低频纯水超声处理的工艺参数为：超声频率10KHz～40KHz，纯水温度40℃～80℃，制程时间3min～12min。
7.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S30中，所述药液槽包括：超声板、晶片盒、循环滤芯。
8.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S30中，所述药液处理的工艺参数为：超声频率60KHz～120KHz，药液配比3％～15％，循环滤芯0.5um～1um，制程时间5min～15min。
9.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S30中，所述药液处理使用的清洗剂的碱性pH值在8～14。
10.根据权利要求1所述的单晶碳化硅衬底晶片清洗方法，其特征在于，步骤S40中，所述QDR清洗的时间为5min～15min。
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