化合物半导体晶片清洗方法.pdf

1、10申请公布号CN102064090A43申请公布日20110518CN102064090ACN102064090A21申请号201010513860722申请日20101015H01L21/02200601B08B3/0020060171申请人北京通美晶体技术有限公司地址101113北京市通州工业开发区东二街四号72发明人任殿胜刘庆辉74专利代理机构北京北翔知识产权代理有限公司11285代理人吴晓萍钟守期54发明名称化合物半导体晶片清洗方法57摘要本发明涉及化合物半导体晶片的清洗方法，尤其是以砷化镓GAAS为代表的IIIV族化合物半导体晶片的清洗方法。本发明的方法可以改善晶片表面的清洁度、微

2、观粗糙度及均匀性。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页CN102064100A1/1页21一种IIIV族化合物半导体晶片清洗方法，包括以下步骤1在不高于20的温度下，用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片；2用去离子水冲洗晶片；3用一种氧化剂处理晶片；4用去离子水冲洗晶片；5用一种稀酸或稀碱溶液处理晶片；6用去离子水冲洗晶片；和7使得到的晶片干燥。2如权利要求1所述的方法，其中步骤1在不高于15的温度进行，优选在515的温度进行。3如权利要求1或2所述的方法，其中步骤1的处理时间为225分钟，优选320分钟，更优选518分钟。4如权利要求1或2所

3、述的方法，其中在所述稀释氨水、过氧化氢和水体系中，按重量百分比计算，氨水、过氧化氢的含量分别为02100NH3和0230H2O2，优选为0250NH3和0225H2O2。5如权利要求1或2所述的方法，其中步骤3中使用的氧化剂为过氧化氢、有机过氧化物或臭氧水。6如权利要求1或2所述的方法，其中步骤3的处理时间为145分钟，优选为330分钟，更优选为515分钟。7如权利要求1或2所述的方法，其中步骤3中使用的稀酸或稀碱溶液为盐酸、氢氟酸或硝酸的稀溶液，或者氨水、氢氧化钠或氢氧化钾的稀溶液。8如权利要求1或2所述的方法，其中在第16步的各步骤或部分步骤中还使用兆声波。9如权利要求1或2所述的方法，其

4、中所述IIIV化合物为砷化镓。10如权利要求1或2所述的方法，其中在步骤1的体系中还加入选自界面活性剂、HF、螯合剂的其它添加剂。权利要求书CN102064090ACN102064100A1/6页3化合物半导体晶片清洗方法技术领域0001本发明涉及化合物半导体晶片的清洗方法，尤其是IIIV族化合物例如砷化镓GAAS半导体晶片的清洗方法。背景技术0002以砷化镓GAAS为代表的IIIV族化合物即由第III族和第V族元素组成的化合物半导体材料由于其独特的电学性能，在卫星通讯、微波器件、激光器件和发光二极管等领域有十分广泛的应用。异质结双极晶体管HBT、高电子迁移率晶体管HEMT、LED等器件的制作

5、需要在高质量的衬底表面用分子束外延MBE或有机金属化合物气相外延技术MOCVD生长量子阱结构。随着半导体器件制作工艺的不断完善，器件尺寸越来越小，利用效率越来越高，半导体衬底的质量尤其是晶片表面的质量对器件的可靠性和稳定性的影响也越来越大。0003清洗步骤是晶片加工过程中最后一道，也是获得高质量表面的关键的工序。其目的是要去除前道工序的各种残留物质，获得新鲜洁净的表面，为后续的生产提供基础。针对化合物半导体的清洗，目前还基本上采用已经成熟的半导体硅单晶片的清洗技术，即RCARADIOCORPORATIONOFAMERICA于1970年研发出的氨水、过氧化氢和水APM或SC1体系和盐酸、过氧化氢

6、和水HPM或SC2体系，同时辅以各种物理机械的作用达到洁净的目的。0004砷化镓为二元化合物半导体，其材料物理化学特性与单质的硅单晶有很大不同。砷化镓表面由GA和AS原子组成，由于砷和镓的化学性质不同，造成表面反应特点不同，其自然氧化层中含有三氧化二镓GA2O3、三氧化二砷AS2O3、五氧化二砷AS2O5以及少量单质砷AS。常用的SC1和SC2对砷化镓的腐蚀作用非常明显，因此简单套用硅晶片的清洗方法，容易出现表面粗糙发雾，腐蚀不均匀，外来颗粒富集等现象。这种表面在后续的外延应用中会造成外延层无法正常生长，结构异常，缺陷增多等问题。发明内容0005本发明的目的在于提供一种IIIV族化合物半导体晶

7、片的清洗方法，该方法包括以下步骤00061在不高于20的温度下，用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片；00072用去离子水冲洗晶片；00083用一种氧化剂处理晶片；00094用去离子水冲洗晶片；00105用一种稀酸或稀碱溶液处理晶片；00116用去离子水冲洗晶片；00127使得到的晶片干燥。0013本发明的方法可以改善晶片表面的清洁度、微观粗糙度及均匀性。说明书CN102064090ACN102064100A2/6页4具体实施方式0014本发明提供一种IIIV族化合物半导体晶片清洗方法，该方法包括以下步骤00151在不高于20的温度下，用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片；00162用去离子水

8、冲洗晶片；00173用一种氧化剂处理晶片；00184用去离子水冲洗晶片；00195用一种稀酸或稀碱溶液处理晶片；00206用去离子水冲洗晶片；00217使得到的晶片干燥。0022在一个具体的优选实施方案中，该方法包括以下步骤00231在不高于20的温度下，用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片；00242用去离子水冲洗晶片；00253在不高于30的温度下，用一种氧化剂处理晶片；00264用去离子水冲洗晶片；00275在不高于30的温度下，用一种稀酸或稀碱溶液处理晶片；00286用去离子水冲洗晶片；00297使得到的晶片干燥。0030在本发明中，如无另外说明，则所有的浓度百分比均按重量计。氨水、过

9、氧化氢、氧化剂、酸和碱等的浓度均基于其纯物质计算。0031在本发明方法的第1步在不高于20的温度下，用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片中，处理过程有利地在不高于20的温度进行，优选在不高于15的温度进行，更优选在515的温度进行。处理时间通常为225分钟，优选为320分钟，更优选为518分钟。所述稀释氨水、过氧化氢和水体系中，按重量百分比计算，氨水、过氧化氢的含量通常分别为02100NH3和0230H2O2，优选为0250NH3和0225H2O2，进一步优选02535NH3和02520H2O2。本发明通过选择氨水和过氧化氢的浓度，有利地降低了对晶片表面的腐蚀速度。另外，使用低温可进一步减少溶

10、液对表面的腐蚀，改善晶片表面的微观粗糙度。同时，该处理过程还可以选择性地使用兆声波技术，这可进一步提高外来颗粒的去除能力，达到使晶片表面均匀洁净的目的。在该步骤中，兆声波的波长范围为4801000千赫，优选为600850千赫。按晶片单面面积为基准，兆声波作用的能量密度为00010003W/平方毫米，优选0001200022W/平方毫米。兆声波作用的时间可以与用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片的时间相同，也可以长于或短于用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片的时间，例如在用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片的时间内，断续地用兆声波处理晶片。0032在本发明方法的第3步用一种氧化剂处理晶片中，通常

11、在不高于30的温度，优选在不高于20的温度，更优选在520的温度，采用一种氧化剂处理晶片，在晶片表面生成一层均匀的氧化层，改善前一步造成的不均匀性。该步骤中使用的氧化剂可为任意的常规的氧化剂，例如过氧化氢、有机过氧化物例如过氧化苯甲酰或臭氧水等。该步骤优选以溶液氧化的方法进行，例如使用1030浓度的过氧化氢溶液。处理时间通常为说明书CN102064090ACN102064100A3/6页5145分钟，优选为330分钟，更优选为515分钟。该处理过程也可部分或全程辅以兆声波技术进行。优选地，兆声波的波长范围为4801000千赫，优选为600850千赫。按晶片单面面积为基准，兆声波作用的能量密度为

12、00010003W/平方毫米，优选0001200022W/平方毫米。0033在本发明方法的第5步用一种稀酸或稀碱溶液处理晶片中，通常在不高于30的温度，优选在不高于20的温度，更优选在520的温度，基于砷化镓表面氧化物可以溶于酸或碱溶液的特性，应用稀酸或稀碱溶液溶解掉之前生成的氧化层，露出新鲜的砷化镓表面。所述稀酸或稀碱溶液可以为例如浓度为0112、优选058的盐酸、氢氟酸或硝酸的稀溶液，或者浓度为0520、优选115的氨水、氢氧化钠或氢氧化钾的稀溶液。处理时间通常为145分钟，优选为330分钟，更优选为515分钟。该处理过程亦可部分或全程辅以兆声波技术进行。优选地，兆声波的波长范围为4801

13、000千赫，优选为600850千赫。按晶片单面面积为基准，兆声波作用的能量密度为00010003W/平方毫米，优选0001200022W/平方毫米。0034在用去离子水冲洗晶片的第2、4和6步中，各步骤优选在较低温度进行，例如在不高于30的温度，优选在不高于25的温度，更优选在820的温度实施。冲洗时间为115分钟，优选为310分钟。所使用的去离子水例如可为电阻率不低于15兆欧厘米15107CM、优选不低于175兆欧厘米的去离子水。该处理过程也可部分或全程辅以兆声波技术进行。优选地，兆声波的波长范围为4801000千赫，优选为600850千赫。按晶片单面面积为基准，兆声波作用的能量密度为000

14、10003W/平方毫米，优选0001200022W/平方毫米。0035本发明方法的第7步使得到的晶片干燥中，可以选择在空气或惰性气氛氮气等中干燥晶片，或真空干燥。0036本发明的方法尤其适合清洗IIIV族化合物半导体晶片，尤其是砷化镓GAAS半导体晶片。0037在本发明方法的一个优选实施方案中，还可在第1步的体系中加入其它添加剂，如界面活性剂、HF、螯合剂等物质，以稳定去除晶片表面的颗粒、抑制金属的表面的附着。0038本发明方法的特点包括由于使用稀释氨水过氧化氢水体系，在低温以及任选的兆声波的作用下去除主要残留物和外来颗粒，从而减少了对晶片表面的过度腐蚀；另外，通过腐蚀后的再氧化过程，使表面更

15、加均匀一致。0039以下通过实施例示例性地说明本发明，但不应理解为限制本发明的范围。0040实施例0041仪器兆声波发生器美国PCT公司9400型0042湿法清洗台包含腐蚀槽和快排冲水槽0043晶片旋转干燥机美国SEMITOOL公司101型SRD0044晶片质量检测方法YAMADA强光灯光强大于100,000LUX，晶片表面分析仪美国KLATENCOR公司6220型，原子力显微镜AFM美国DIGITALINSTRUMENT公司NANOSCOPEIIIA型垂直分辨率003NM，分析区域5M5M。0045待清洗晶片已经过粗抛光和细抛光的15004MM6英寸GAAS晶片，厚度为650M。用强光灯检查

16、晶片表面，有可见颗粒，白雾。用TENCOR6220检查，大于03微米颗说明书CN102064090ACN102064100A4/6页6粒数大于1000颗，雾值HAZE值为13PPM。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度RA018NM。0046实施例10047将1片晶片浸入带兆声波的频率780KHZ，能量密度000125W/平方毫米含03NH3氨水和13H2O2过氧化氢的水溶液中，于10下，处理5分钟，全程使用兆声波。0048将晶片放入冲洗槽中，于10下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0049将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率78

17、0KHZ，能量密度000125W/平方毫米10过氧化氢溶液中，于20下，处理5分钟，全程使用兆声波。0050随后将晶片放入冲洗槽中，于15下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0051将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率780KHZ，能量密度000125W/平方毫米10氨水溶液中，于20下，处理5分钟。0052随后将晶片放入冲洗槽中，于15下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0053将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中用热氮气干燥。0054干燥后的晶片用强光灯、TEN

18、COR6220、原子力显微镜灯检查表面。0055用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾。用TENCOR6220检查，大于03微米颗粒数为38颗，HAZE值为03PPM。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度RA015NM。0056实施例20057将1片晶片浸入含05NH3和03H2O2的水溶液中，于20下，处理10分钟。0058将晶片放入冲洗槽中，于20下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面5分钟。0059将冲洗后的晶片浸入20的饱和过氧化苯甲酰水溶液中处理10分钟。0060随后将晶片放入冲洗槽中，于20下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗

19、与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面5分钟，全程使用兆声波。0061将冲洗后的晶片浸入5HCL水溶液中，于20下，处理10分钟。0062随后将晶片放入冲洗槽中，于20下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0063将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中用热氮气干燥。0064干燥后的晶片用强光灯、TENCOR6220、原子力显微镜灯检查表面。0065用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾。用TENCOR6220检查，大于03微米颗粒数为106颗，HAZE值为31PPM。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度RA016NM。0066实施例

20、30067将1片晶片浸入带兆声波的频率700KHZ，能量密度00014W/平方毫米35NH3和20H2O2混合水溶液中，于15下，处理5分钟，全程使用兆声波。0068将晶片放入冲洗槽中，于10下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂说明书CN102064090ACN102064100A5/6页7洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0069将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率700KHZ，能量密度00014W/平方毫米12过氧化氢溶液中，于20下，处理5分钟，全程使用兆声波。0070随后将晶片放入冲洗槽中，于20下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结

21、合的方式冲洗晶片表面5分钟，全程使用兆声波。0071将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率700KHZ，能量密度00014W/平方毫米10氨水溶液中，于10下，处理10分钟。0072随后将晶片放入冲洗槽中，于20下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0073将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中用热氮气干燥。0074干燥后的晶片用强光灯、TENCOR6220、原子力显微镜灯检查表面。0075用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾。用TENCOR6220检查，大于03微米颗粒数为51颗，HAZE值为349PPM。用原子力显微镜检查，表

22、面微观粗糙度RA017NM。0076实施例40077将1片晶片浸入带兆声波的频率680KHZ，能量密度00015W/平方毫米含04NH3和08H2O2混合水溶液中，于8下，处理10分钟，全程使用兆声波。0078将晶片放入冲洗槽中，于10下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0079将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率680KHZ，能量密度00015W/平方毫米12过氧化氢溶液中，于10下，处理5分钟，全程使用兆声波。0080随后将晶片放入冲洗槽中，于15下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面

23、3分钟，全程使用兆声波。0081将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率680KHZ，能量密度00015W/平方毫米12氨水溶液中，于20下，处理5分钟。0082随后将晶片放入冲洗槽中，于15下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面5分钟，全程使用兆声波。0083将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中用热氮气干燥。0084干燥后的晶片用强光灯、TENCOR6220、原子力显微镜灯检查表面。0085用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾。用TENCOR6220检查，大于03微米颗粒数为46颗，HAZE值为031PPM。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度RA015

24、NM。0086实施例50087将1片晶片浸入带兆声波的频率800KHZ，能量密度00014W/平方毫米含05NH3和05H2O2混合水溶液中，于10下，处理15分钟，全程使用兆声波。0088将晶片放入冲洗槽中，于15下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0089将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率800KHZ，能量密度00014W/平方毫米O3含量为2PPM的臭氧水，于15下，处理5分钟，全程使用兆声波。说明书CN102064090ACN102064100A6/6页80090随后将晶片放入冲洗槽中，于15下，用电阻率为175兆欧厘米

25、的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0091将冲洗后的晶片浸入带兆声波的频率780KHZ，能量密度000125W/平方毫米10氢氧化钠水溶液中，于20下，处理5分钟。0092随后将晶片放入冲洗槽中，于15下，用电阻率为175兆欧厘米的去离子水溢流漂洗与快排喷水相结合的方式冲洗晶片表面3分钟，全程使用兆声波。0093将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中用热氮气干燥。0094干燥后的晶片用强光灯、TENCOR6220、原子力显微镜灯检查表面。0095用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾。用TENCOR6220检查，大于03微米颗粒数为45颗，HAZE值为027PPM。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度RA014NM。说明书CN102064090A