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专利名称：降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210224877.3

专利申请（专利权）人：青岛浩瀚全材半导体有限公司
权利人地址：山东省青岛市胶州九龙街道办事处站前大道与204国道交界处北500米路西

专利发明（设计）人：王世锋,杨超,张建平,王泽华

专利摘要：本发明涉及降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法，包括如下步骤：对半导体衬底晶片进行超声波清洗，其中超声波清洗包括依次进行的超声波去蜡清洗、超声波去离子水清洗；超声波去蜡清洗时的超声波频率为25KHz；超声波去离子水清洗时依次采用频率为40KHz、80KHz、120KHz的顺便进行清洗；对超声波清洗后的半导体衬底晶片进行化学试剂清洗；对半导体衬底晶片进行兆声波清洗，兆声波清洗时的频率为0.9MHz～1.2MHz；本发明的方法能够有效降低砷化镓和磷化铟晶片表面的残留颗粒缺陷，颗粒度小于100个/片，提高了晶片表面质量和产品良率；方法成本低、实用性强，适用于半导体晶片的批量生产。

主权利要求：
1.降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：超声波去蜡清洗、超声波去离子水清洗；所述超声波去蜡清洗时的超声波频率为
25KHz；所述超声波去离子水清洗时依次采用频率为40KHz、80KHz、120KHz的顺序进行清洗；
对超声波清洗后的半导体衬底晶片进行化学试剂清洗，其中，化学试剂采用硫酸；
对化学试剂清洗后的半导体衬底晶片进行兆声波清洗，兆声波清洗时的频率为0.9MHz～1.2MHz；
所述化学试剂清洗包括以下步骤：
将半导体衬底晶片置于温度为50℃?80℃的硫酸中腐蚀30s?60s，去除晶片表面的有机杂质和金属杂质；
将半导体衬底晶片置于温度为20℃?30℃硫酸中腐蚀60s?120s，进一步去除晶片表面的金属杂质；
所述兆声波清洗包括以下步骤：
将半导体衬底晶片经过去离子水兆声波清洗2?5min，兆声波频率为0.9MHz?1.2MHz，去除晶片表面粒径小于0.5μm的颗粒；
将半导体衬底晶片甩干或吹干；
所述超声波去蜡清洗包括以下步骤：
将经过抛光的半导体衬底晶片置于温度为60℃～80℃的去蜡剂中，超声波清洗5?
10min，超声波频率为25KHz；
然后再将超声波清洗后的半导体衬底晶片置于20℃～30℃的无水乙醇中，超声波清洗
3?5min，超声波频率为25KHz；
所述超声波去离子水清洗包括以下步骤：
将经过超声波去蜡清洗后的半导体衬底晶片置于去离子水中，超声波清洗3?5min，超声波频率为40KHz，去离子水温度20℃?30℃，去除晶片表面粒径为2～50μm的颗粒；
将经过超声波去离子水清洗后的半导体衬底再次进行去离子水清洗，超声波频率为
80KHz，去除晶片表面粒径为1～5μm的颗粒；
将经过超声波去离子水清洗后的半导体衬底再次进行去离子水清洗，超声波频率为
120KHz，去除晶片表面粒径为0.5～3μm的颗粒。
2.根据权利要求1所述降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法，其特征在于：所述去蜡剂为中性有机去蜡剂，pH值7.0?8.0。
3.根据权利要求1所述降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法，其特征在于：所述兆声波清洗时为单片清洗，去离子水温度为20℃～30℃，水流量为0.9?1.5L/min。
4.根据权利要求1所述降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法，其特征在于：所述半导体衬底晶片为砷化镓半导体衬底晶片或磷化铟半导体衬底晶片。 说明书 : 降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法技术领域[0001] 本发明属于半导体晶片加工技术领域，尤其涉及降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法。背景技术[0002] 砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等Ⅲ?Ⅴ族化合物半导体材料具有高的饱和电子漂移速度及较强的抗辐射性能等，作为衬底材料在光电子器件和微电子器件等关键电子元器件领域具有重要应用。[0003] 表面颗粒度是表征半导体晶片表面质量的重要性能指标，砷化镓、磷化铟等半导体晶片作为衬底材料用于光电子和微电子器件外延结构材料制备，晶片表面的颗粒对外延材料性能有重要影响。晶片表面颗粒会作为表面缺陷或产生缺陷延伸至外延结构材料中，降低外延材料质量从而影响器件性能的提升，因此必须充分降低晶片表面颗粒，以提高晶片表面质量。[0004] 目前，现有的降低晶片表面颗粒的方法是通过化学试剂清洗，但是该方法导致表面颗粒不能充分去除，这是因为晶片表面颗粒众多，高达500个/片；因此，为了进一步降低晶片表面颗粒，提升材料质量，需要研究一种可有效去除晶片表面颗粒，提升晶片表面质量和成品率的降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法。发明内容[0005] 本发明提供分层注采智能控制开关工具，可在不动注采管柱的前提下，应用多种方式控制多轮次二氧化碳分层注入、分层焖井、分层放喷及分层采油，达到二氧化碳均衡注入驱替、差异性有效焖井、消减层间干扰、提高油层动用程度的目的，提高二氧化碳利用率及吞吐生产效率，减少修井作业量及占井时间、避免污染油层、降低作业成本。[0006] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：[0007] 降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法，包括如下步骤：[0008] 对半导体衬底晶片进行超声波清洗，其中超声波清洗包括依次进行的超声波去蜡清洗、超声波去离子水清洗；所述超声波去蜡清洗时的超声波频率为25KHz；所述超声波去离子水清洗时依次采用频率为40KHz、80KHz、120KHz的顺便进行清洗；[0009] 对超声波清洗后的半导体衬底晶片进行化学试剂清洗，其中，化学试剂采用硫酸；[0010] 对化学试剂清洗后的半导体衬底晶片进行兆声波清洗，兆声波清洗时的频率为0.9MHz～1.2MHz。[0011] 进一步的，所述化学试剂清洗包括以下步骤：[0012] 将半导体衬底晶片置于温度为50℃?80℃的硫酸中腐蚀30s?60s，去除晶片表面的有机杂质和金属杂质；[0013] 将半导体衬底晶片置于温度为20℃?30℃硫酸中腐蚀60s?120s，进一步去除晶片表面的金属杂质。[0014] 进一步的，所述兆声波清洗包括以下步骤：[0015] 将半导体衬底晶片经过去离子水兆声波清洗2?5min，兆声波频率为0.9MHz?1.2MHz，去除晶片表面粒径小于0.5μm的颗粒；[0016] 将半导体衬底晶片甩干或吹干。[0017] 进一步的，所述超声波去蜡清洗包括以下步骤：[0018] 将经过抛光的半导体衬底晶片置于温度为60℃～80℃的去蜡剂中，超声波清洗5?10min，超声波频率为25KHz；[0019] 然后再将超声波清洗后的半导体衬底晶片置于20℃～30℃的无水乙醇中，超声波清洗3?5min，超声波频率为25KHz。[0020] 进一步的，所述超声波去离子水清洗包括以下步骤：[0021] 将经过超声波去蜡清洗后的半导体衬底晶片置于去离子水中，超声波清洗3?5min，超声波频率为40KHz，去离子水温度20℃?30℃，去除晶片表面粒径为2～50μm的颗粒；[0022] 将经过超声波去离子水清洗后的半导体衬底再次进行去离子水清洗，超声波频率为80KHz，去除晶片表面粒径为1～5μm的颗粒；[0023] 将经过超声波去离子水清洗后的半导体衬底再次进行去离子水清洗，超声波频率为120KHz，去除晶片表面粒径为0.5～3μm的颗粒。[0024] 进一步的，所述去蜡剂为中性有机去蜡剂，pH值7.0?8.0。[0025] 进一步的，所述兆声波清洗时为单片清洗，去离子水温度为20℃～30℃，水流量为0.9?1.5L/min。[0026] 进一步的，所述半导体衬底晶片为砷化镓半导体衬底晶片或磷化铟半导体衬底晶片。[0027] 本发明的优点和积极效果是：[0028] 本发明的方法能够有效降低砷化镓和磷化铟晶片表面的残留颗粒缺陷，颗粒度小于100个/片，提高了晶片表面质量和产品良率；方法成本低、实用性强，适用于半导体晶片的批量生产。附图说明[0029] 以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。[0030] 图1为实施例2中清洗前GaAs晶片表面的颗粒度检测图；[0031] 图2为实施例2中经过本发明方法清洗后GaAs晶片表面颗粒度检测图；[0032] 图3为实施例3中经过方案1清洗后GaAs晶片表面颗粒检测图；[0033] 图4为实施例3中经过方案2清洗后GaAs晶片表面颗粒检测图；[0034] 图5为实施例3中经过方案3清洗后GaAs晶片表面颗粒检测图；[0035] 图6为实施例4中经过方案4清洗后GaAs晶片表面颗粒检测图；[0036] 图7为实施例4中经过方案5清洗后GaAs晶片表面颗粒检测图。具体实施方式[0037] 首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。[0038] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0039] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0040] 实施例1[0041] 本实施例提供的降低半导体衬底晶片表面颗粒的清洗方法，包括如下步骤：[0042] 对半导体衬底晶片进行超声波清洗，其中超声波清洗包括依次进行的超声波去蜡清洗、超声波去离子水清洗；所述超声波去蜡清洗时的超声波频率为25KHz；所述超声波去离子水清洗时依次采用频率为40KHz、80KHz、120KHz的顺便进行清洗；[0043] 对超声波清洗后的半导体衬底晶片进行化学试剂清洗，其中，化学试剂采用硫酸；[0044] 对化学试剂清洗后的半导体衬底晶片进行兆声波清洗，兆声波清洗时的频率为0.9MHz～1.2MHz。[0045] 具体的，所述超声波去蜡清洗包括以下步骤：[0046] 将经过抛光的半导体衬底晶片置于温度为60℃～80℃的去蜡剂中，超声波清洗5?10min，超声波频率为25KHz，其中，所述去蜡剂为中性有机去蜡剂，pH值7.0?8.0；[0047] 然后再将超声波清洗后的半导体衬底晶片置于20℃～30℃的无水乙醇中，超声波清洗3?5min，超声波频率为25KHz。[0048] 所述超声波去离子水清洗包括以下步骤：[0049] 将经过超声波去蜡清洗后的半导体衬底晶片置于去离子水中，超声波清洗3?5min，超声波频率为40KHz，去离子水温度20℃?30℃，去除晶片表面粒径为2～50μm的颗粒；[0050] 将经过超声波去离子水清洗后的半导体衬底再次进行去离子水清洗，超声波清洗3?5min，去离子水温度20℃?30℃，超声波频率为80KHz，去除晶片表面粒径为1～5μm的颗粒；[0051] 将经过超声波去离子水清洗后的半导体衬底再次进行去离子水清洗，超声波清洗3?5min，去离子水温度20℃?30℃，超声波频率为120KHz，去除晶片表面粒径为0.5～3μm的颗粒。[0052] 具体的，所述化学试剂清洗包括以下步骤：[0053] 将半导体衬底晶片置于温度为50℃?80℃的浓硫酸(浓度＞95％)中腐蚀30s?60s，去除晶片表面的有机杂质和金属杂质；[0054] 将半导体衬底晶片置于温度为20℃?30℃浓硫酸(浓度＞95％)中腐蚀60s?120s，进一步去除晶片表面的金属杂质，其中，所述硫酸规格为MOS级或UP级。[0055] 具体的，所述兆声波清洗包括以下步骤：[0056] 将半导体衬底晶片经过去离子水兆声波清洗2?5min，兆声波频率为0.9MHz?1.2MHz，去除晶片表面粒径小于0.5μm的颗粒；需要说明的是，所述兆声波清洗时为单片清洗，去离子水温度为20℃～30℃，水流量为0.9?1.5L/min；[0057] 将半导体衬底晶片甩干或氮气吹干。[0058] 实施例2[0059] 利用实施例1中的方法对半导体衬底晶片砷化镓(GaAs)进行清洗，清洗前砷化镓晶片表面的颗粒度为5390个(如图1)，清洗后为20个(如图2)，降低率为(5390?20)/5390＝99.6％，说明了利用实施例1中的方法能够有效去除砷化镓晶片表面的残留颗粒。[0060] 实施例3[0061] 在本实施例中将GaAs晶片分别只经过超声波清洗、化学试剂清洗、兆声波清洗，具体实施过程如表1所示。[0062] 表1[0063][0064] 将GaAs晶片只经过超声波清洗，实施方案如表1中样品1#所示，经过超声波清洗的晶片表面颗粒度为671个(如图3所示)，降低率为(5390?671)/5390＝87.5％；超声波清洗能够降低晶片表面颗粒的原因是超声波能够产生高能声波推动溶液做加速运动，溶液以加速流体形式连续冲击晶片表面，使晶片表面的颗粒等污染物离开晶片表面进入溶液中；不同频率的超声波可针对不同粒径的颗粒具有清洗效果；本实施例中去蜡剂能够去除晶片表面的有机蜡，然后通过不同频率的超声波清洗能够达到很好的降低颗粒度的效果。[0065] 将GaAs晶片只经过化学试剂清洗，实施方案如表1中样品2#所示，经过化学试剂清洗的晶片表面颗粒度为1560个(如图4所示)，降低率为71.1％；该过程中GaAs晶片没有经过去蜡清洗和不同频率超声波清洗，晶片表面的有机蜡对颗粒有极强的吸附；浓硫酸对有机颗：徒鹗粼又饰镉幸欢ǖ那逑葱Ч，但是总体来看对颗粒的降低效果一般。[0066] 将GaAs晶片只经过兆声波清洗，实施方案如表1中样品3#所示，经过兆声波清洗的晶片表面颗粒度为1913个(如图5所示)，降低率为64.5％。超声波频率越高，针对粒径较小的颗粒去除效果越好，0.9MHz?1.2MHz的兆声波对0.5μm以下的颗粒去除效果较好。本过程中晶片只经过兆声波清洗，晶片表面有机蜡的沾污以及大颗粒的难以有效去除，使得颗粒总体降低效果一般。[0067] 实施例4[0068] 本实施例中对GaAs的超声波清洗、化学试剂清洗、兆声波清洗的不同清洗顺序的实验效果进行了分析，具体实施方案如表2所示：[0069] 表2[0070][0071][0072] 方案4中GaAs晶片首先经过超声波清洗，然后进行兆声波清洗，最后进行化学试剂清洗，实施方案如表2中的样品4#所示，清洗后晶片表面颗粒为198个(如图6所示)，去除率为96.3％；方案5中GaAs晶片首先经过去蜡清洗和兆声波清洗，然后经过化学试剂清洗，最后进行超声波清洗，实施方案如表2中的5#所示，清洗后晶片表面颗粒为279个(如图7所示)，去除率为94.8％；方案4和方案5虽然去除率很高，但是晶片表面还是存在部分颗粒，主要是由于最终清洗的化学试剂清洗和超声波清洗对表面的微小颗粒去除效果一般，而且经过最终的化学试剂清洗和超声波清洗，比较大的颗粒可能会分解为微小颗粒残留在晶片表面。[0073] 对比实施例2、实施例3和实施例4：实施例2中GaAs晶片首先经过超声波清洗能够有效去除晶片表面的有机蜡残留，并通过25KHz、40KHz、80KHz和120KHz超声波清洗，能够有效降低晶片表面0.5微米以上的颗粒，然后通过化学试剂清洗可去除晶片表面的有机残留颗粒及金属杂质，最后经过兆声波清洗进一步降低晶片表面0.5μm以下的颗粒；本发明的方法使晶片表面颗粒的降低率达到99％以上，比实施例3和实施例4中各方法具有更好的清洗效果。[0074] 以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

专利地区：山东

专利申请日期：2022-03-09

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114613697B