CN1787178A - 一种砷化镓晶片清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砷化镓晶片清洗方法,包括以下基本步骤:(1)采用第一溶液进行第一次兆声清洗;(2)第一次漂洗;(3)第一次干燥处理;(4)用紫外臭氧清洗机清洗;(5)采用第二溶液进行第二次兆声清洗;(6)第二次漂洗;(7)第二次干燥处理。第一溶液为碱性水溶液,对砷化镓有轻微腐蚀作用;第二溶液为酸性水溶液,对砷化镓的氧化层有腐蚀作用。本发明通过步骤(1)可去除大部分颗粒,通过步骤(4)可将有机物基本去除,通过步骤(5)可彻底将吸附的颗粒和金属离子去除,并在砷化镓表面形成富砷表面,可以直接进行外延生长。采用本发明方法清洗砷化镓抛光片,不会出现破坏抛光表面的现象。
Description
技术领域 本发明涉及一种半导体晶片的清洗方法,特别涉及砷化镓晶片的一种清洗方法。
背景技术 近年来随着科学技术的快速发展,对砷化镓等□-□族化合物半导体材料制造的半导体激光器、光纤通信用光接收组件、高速和高频半导体器件的需求越来越紧迫。制备出清洁的砷化镓晶片表面,是制造这类器件的关键。半导体晶片表面最重要的沾污有颗粒、有机物和金属离子。这些沾污和晶片的沾附可分为物理吸附和化学吸附。
对硅晶片,已经有了一套通用清洗工艺,即Kern和Puotinen(RCA Review,pp.187-206,June(1970),)提出的RCA工艺。如今,硅晶片的清洗工艺虽然有些改进,但大都是以此为基础。该工艺用氨水、双氧水水溶液(SC-1)清洗颗粒,用盐酸、双氧水水溶液(SC-2)去除金属,用硫酸、双氧水水溶液(SC-3)去除有机物。
砷化镓由于表面化学性质活泼,不能简单套用硅的清洗工艺。现在普遍使用硫酸、双氧水水溶液溶液对砷化镓进行清洗,硫酸、双氧水、水的体积比为5∶1∶1或8∶1∶1;也有人使用稀的氨水、双氧水水溶液进行清洗。由于这些溶液对砷化镓腐蚀作用强,使表面粗糙度变差,甚至破坏抛光表面。到目前为止,还没有形成一套清洗砷化镓的标准方法。
新鲜的砷化镓表面在空气中很容易氧化生成Ga2O3和As2O3,特别是容易生成Ga2O3,所以氧化层中Ga2O3占大部分,其中夹杂有As原子。研究人员Z.H.Lu和C.Lagarde等(J.Vac.Sci.Technol.A 7,3,1989)研究发现,富砷的砷化镓表面其氧化层比较薄,更适合后续外延生长。所以清洗工艺制备出富砷的砷化镓表面,相对于化学计量比平衡和富镓的表面,对后续外延等工艺更为理想。
发明内容 本发明的目的在于提供一套可以有效去除砷化镓抛光片表面颗粒、有机物、金属等沾污的清洗工艺。采用本发明方法清洗砷化镓晶片,不会出现破坏抛光表面的现象。
本发明的清洗工艺方法包括以下步骤:
(1)将砷化镓晶片放入装有第一溶液的兆声槽内,加兆声波进行第一次兆声清洗;
(2)取出晶片,用水进行第一次漂洗;
(3)漂洗完后,对晶片进行第一次干燥处理;
(4)将干燥后的晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗一段时间;
(5)从紫外臭氧清洗机内取出晶片放入装有第二溶液的兆声槽内,加兆声波进行第二次兆声清洗;
(6)取出晶片,用水进行第二次漂洗;
(7)漂洗完后,对晶片进行第二次干燥处理。
上述步骤(1)中所用第一溶液为碱性水溶液,可以使用无机碱、有机碱和碱性盐中的一种或者其混合。无机碱包括NaOH、KOH、NH4OH等,有机碱可以是TMAH等,碱性盐可以是Na2CO3、NaHCO3等,各成份在溶液中的浓度在10ppm到10%之间。
上述步骤(4)中晶片在紫外臭氧清洗机内清洗的时间最好在1~15分钟范围内,可根据表面沾污的轻重程度调整。如果表面沾污比较严重,可以加长清洗时间,但清洗时间太长,会造成晶片表面粗糙度变差。
上述步骤(5)中所用第二溶液为包含盐酸、氢氟酸等无机酸或者柠檬酸等有机酸的酸性水溶液,各成份在溶液中的浓度在10ppm到10%之间。
第一次兆声清洗和第二次兆声清洗都在15~65□温度范围内进行,清洗时间为1~10分钟,所用兆声波的频率在600KHz~1000KHz范围内,兆声波的功率在100~400W范围内。
第一次漂洗和第二次漂洗最好都选用去离子水,并在装有兆声的快排槽(QDR)内进行。
第一次干燥处理和第二次干燥处理都可用甩干机甩干,或者用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
为了提高清洗效果,第一溶液和第二溶液中都可以加入表面活性剂,离子型或者非离子型均可,浓度在10ppm到10%之间。第一溶液可以一次性使用,也可以循环过滤后重复使用;第二溶液由于是最终清洗,所以最好一次性使用。
本发明方法不仅可用于清洗砷化镓晶片,还可用于清洗其它化合物半导体晶片。
第一溶液对砷化镓有轻微腐蚀作用,而第二溶液则对砷化镓的氧化层有腐蚀作用。步骤(1)中在第一溶液和兆声能量的作用下,可去除大部分颗粒,但仍留有部分有机物和吸附强度比较大的颗粒和金属离子。通过步骤(4)可将有机物基本去除,并且在晶片表面生成一层氧化层,将吸附的颗粒和金属离子包裹在氧化层中。步骤(5)中,第二溶液将氧化层腐蚀掉,通过兆声能量彻底将吸附的颗粒和金属离子去除。步骤(5)还在砷化镓表面形成富砷表面,可以直接进行外延生长。
本发明具有如下有益效果:
1、可有效去除晶片表面颗粒、金属、有机物,获得高度清洁的表面。
2、不破坏晶片表面。
3、表面达到免清洗(Epi-ready)要求。
以下结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
具体实施方式 第一实施例:
本例中,第一溶液为KOH水溶液,浓度为2000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为200ppm;第二溶液为盐酸溶液,浓度为200ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为30ppm。通过以下步骤可完成对晶片的清洗:
(1)将装有刚抛光后的4英寸砷化镓晶片的花篮,放入装有第一溶液的兆声槽内清洗,温度30℃,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦,清洗时间5分钟。
(2)将花篮放入带兆声的快排槽(QDR)内进行漂洗,快排3次。
(3)将花篮放入甩干机内甩干。
(4)将晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗,清洗时间为5分钟。
(5)将装有晶片的花篮放入装有第二溶液的兆声槽内清洗,温度45℃,波频率为860KHz,兆声功率300瓦,清洗时间5分钟。
(6)将花篮放入带兆声的快排槽(QDR)内进行漂洗,快排3次。
(7)将花篮放入甩干机内甩干。
用Tencor 6400表面分析仪对经上述步骤清洗后的晶片进行检测,晶片表面留存的大于0.2微米的颗粒数平均为21。
第二实施例:
本例中,第一溶液为NaOH水溶液,浓度为2000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为200ppm;第二溶液为氢氟酸溶液,浓度为2000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为30ppm。通过以下步骤可完成对晶片的清洗:
(1)将装有刚抛光后的4英寸砷化镓晶片的花篮,放入装有第一溶液的兆声槽内清洗,温度30℃,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦,清洗时间5分钟。
(2)将花篮放入带兆声的QDR槽内进行漂洗,快排3次。
(3)将晶片用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
(4)将晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗,清洗时间为5分钟。
(5)将装有晶片的花篮放入装有第二溶液的兆声槽内清洗,温度45℃,波频率为860KHz,兆声功率300瓦,清洗时间5分钟。
(6)将花篮放入带兆声的QDR槽内进行漂洗,快排3次。
(7)将花篮放入甩干机内甩干。
用Tencor 6400表面分析仪对经上述步骤清洗后的晶片进行检测,晶片表面留存的大于0.2微米的颗粒数平均为101。
第三实施例
本例中,第一溶液为TMAH水溶液,浓度为4000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为200ppm;第二溶液为盐酸溶液,浓度为200ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为30ppm。通过以下步骤可完成对晶片的清洗:
(1)将装有刚抛光后的4英寸砷化镓晶片的花篮,放入装有第一溶液的兆声槽内清洗,温度30℃,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦,清洗时间5分钟。
(2)将花篮放入带兆声的QDR槽内进行漂洗,快排3次。
(3)将晶片用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
(4)将晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗,清洗时间为5分钟。
(5)将装有晶片的花篮放入装有第二溶液的兆声槽内清洗,温度45℃,波频率为860KHz,兆声功率300瓦,清洗时间5分钟。
(6)将花篮放入带兆声的QDR槽内进行漂洗,快排3次。
(7)将晶片用异丙醇(IPA)蒸汽干燥。
用Tencor 6400表面分析仪对经上述步骤清洗后的晶片进行检测,晶片表面留存的大于0.2微米的颗粒数平均为206。
Claims (8)
1、一种砷化镓晶片清洗方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将砷化镓晶片放入装有第一溶液的兆声槽内,加兆声波进行第一次兆声清洗;
(2)取出晶片,用水进行第一次漂洗;
(3)漂洗完后,对晶片进行第一次干燥处理;
(4)将干燥后的晶片放入紫外臭氧清洗机内清洗一段时间;
(5)从紫外臭氧清洗机内取出晶片放入装有第二溶液的兆声槽内,加兆声波进行第二次兆声清洗;
(6)取出晶片,用水进行第二次漂洗;
(7)漂洗完后,对晶片进行第二次干燥处理;
所述步骤(1)中所用第一溶液为碱性水溶液,所述步骤(5)中所用第二溶液为酸性水溶液。
2、根据权利要求1所述的砷化镓晶片清洗方法,其特征在于,所述第一溶液是无机碱、有机碱和碱性盐中的一种或者其混合的水溶液;无机碱可以是NaOH、KOH或NH4OH,有机碱可以是TMAH,碱性盐可以是Na2CO3或NaHCO3,各成份在溶液中的浓度在10ppm到10%之间;
所述第二溶液是无机酸或有机酸的水溶液;无机酸可以是盐酸或氢氟酸,有机酸可以是柠檬酸,各成份在溶液中的浓度在10ppm到10%之间。
3、根据权利要求2所述的砷化镓晶片清洗方法,其特征在于,第一溶液和第二溶液中都可以加入离子型或者非离子型表面活性剂,浓度在10ppm到10%之间。
4、根据权利要求1或2或3所述的砷化镓晶片清洗方法,其特征在于,第一次兆声清洗和第二次兆声清洗都在15~65□温度范围内进行,清洗时间为1~10分钟,所用兆声波的频率在600KHz~1000KHz范围内,兆声波的功率在100~400W范围内。
5、根据权利要求4所述的砷化镓晶片清洗方法,其特征在于,第一次漂洗和第二次漂洗都选用去离子水,并在装有兆声的快排槽内进行;
晶片在紫外臭氧清洗机内清洗的时间在1~15分钟范围内;
第一次干燥处理和第二次干燥处理都可用甩干机甩干,或者用异丙醇蒸汽干燥。
6、根据权利要求5所述的砷化镓晶片清洗方法,其特征在于,第一溶液为KOH水溶液,浓度为2000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为200ppm;第二溶液为盐酸溶液,浓度为200ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为30ppm;
第一次兆声清洗在温度30℃下清洗时间5分钟,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦;晶片在紫外臭氧清洗机内清洗时间为5分钟;
第二次兆声清洗在温度45℃下清洗时间5分钟,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦;
第一次干燥处理和第二次干燥处理都用甩干机甩干。
7、根据权利要求5所述的砷化镓晶片清洗方法,其特征在于,第一溶液为NaOH水溶液,浓度为2000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为200ppm;第二溶液为氢氟酸溶液,浓度为2000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为30ppm;
第一次兆声清洗在温度30℃下清洗时间5分钟,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦;晶片在紫外臭氧清洗机内清洗时间为5分钟;
第二次兆声清洗在温度45℃下清洗时间5分钟,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦;
第一次干燥处理用异丙醇蒸汽干燥,第二次干燥处理用甩干机甩干。
8、根据权利要求5所述的砷化镓晶片清洗方法,其特征在于,第一溶液为TMAH水溶液,浓度为4000ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为200ppm;第二溶液为盐酸溶液,浓度为200ppm,溶液中加有表面活性剂Wako 601,浓度为30ppm;
第一次兆声清洗在温度30℃下清洗时间5分钟,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦;晶片在紫外臭氧清洗机内清洗时间为5分钟;
第二次兆声清洗在温度45℃下清洗时间5分钟,兆声波频率为860KHz,功率为300瓦;
第一次干燥处理和第二次干燥处理都用异丙醇蒸汽干燥。
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