專利名稱：化合物半導(dǎo)體晶片清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體晶片的清洗方法，尤其是III-V族化合物-例如砷化鎵 (GaAs)-半導(dǎo)體晶片的清洗方法。
背景技術(shù)：
以砷化鎵(GaAs)為代表的III-V族化合物(即由第III族和第V族元素組成的 化合物)半導(dǎo)體材料由于其獨(dú)特的電學(xué)性能，在衛(wèi)星通訊、微波器件、激光器件和發(fā)光二極 管等領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)、高電子遷移率晶體管(HEMT)、LED 等器件的制作需要在高質(zhì)量的襯底表面用分子束外延(MBE)或有機(jī)金屬化合物氣相外延 技術(shù)(MOCVD)生長(zhǎng)量子阱結(jié)構(gòu)。隨著半導(dǎo)體器件制作工藝的不斷完善，器件尺寸越來(lái)越小， 利用效率越來(lái)越高，半導(dǎo)體襯底的質(zhì)量尤其是晶片表面的質(zhì)量對(duì)器件的可靠性和穩(wěn)定性的 影響也越來(lái)越大。清洗步驟是晶片加工過(guò)程中最后一道，也是獲得高質(zhì)量表面的關(guān)鍵的工序。其 目的是要去除前道工序的各種殘留物質(zhì)，獲得新鮮潔凈的表面，為后續(xù)的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。 針對(duì)化合物半導(dǎo)體的清洗，目前還基本上采用已經(jīng)成熟的半導(dǎo)體硅單晶片的清洗技術(shù)，即 RCA(RadioCorporation of America)于1970年研發(fā)出的氨水、過(guò)氧化氫和水(APM或SC-1) 體系和鹽酸、過(guò)氧化氫和水(HPM或SC-幻體系，同時(shí)輔以各種物理機(jī)械的作用達(dá)到潔凈的 目的。砷化鎵為二元化合物半導(dǎo)體，其材料物理化學(xué)特性與單質(zhì)的硅單晶有很大不同。 砷化鎵表面由( 和As原子組成，由于砷和鎵的化學(xué)性質(zhì)不同，造成表面反應(yīng)特點(diǎn)不同，其 自然氧化層中含有三氧化二鎵(Ga2O3)、三氧化二砷(As2O3)、五氧化二砷(As2O5)以及少量 單質(zhì)砷(As)。常用的SC-I和SC-2對(duì)砷化鎵的腐蝕作用非常明顯，因此簡(jiǎn)單套用硅晶片的 清洗方法，容易出現(xiàn)表面粗糙(發(fā)霧)，腐蝕不均勻，外來(lái)顆粒富集等現(xiàn)象。這種表面在后續(xù) 的外延應(yīng)用中會(huì)造成外延層無(wú)法正常生長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)異常，缺陷增多等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的清洗方法，該方法包括 以下步驟1.在不高于20°C的溫度下，用稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系處理晶片；2.用去離子水沖洗晶片；3.用一種氧化劑處理晶片；4.用去離子水沖洗晶片；5.用一種稀酸或稀堿溶液處理晶片；6.用去離子水沖洗晶片；7.使得到的晶片干燥。本發(fā)明的方法可以改善晶片表面的清潔度、微觀粗糙度及均勻性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種III-V族化合物半導(dǎo)體晶片清洗方法，該方法包括以下步驟1.在不高于20°C的溫度下，用稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系處理晶片；2.用去離子水沖洗晶片；3.用一種氧化劑處理晶片；4.用去離子水沖洗晶片；5.用一種稀酸或稀堿溶液處理晶片；6.用去離子水沖洗晶片；7.使得到的晶片干燥。在一個(gè)具體的優(yōu)選實(shí)施方案中，該方法包括以下步驟1.在不高于20°C的溫度下，用稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系處理晶片；2.用去離子水沖洗晶片；3.在不高于30°C的溫度下，用一種氧化劑處理晶片；4.用去離子水沖洗晶片；5.在不高于30°C的溫度下，用一種稀酸或稀堿溶液處理晶片；6.用去離子水沖洗晶片；7.使得到的晶片干燥。在本發(fā)明中，如無(wú)另外說(shuō)明，則所有的濃度百分比均按重量計(jì)。氨水、過(guò)氧化氫、氧 化劑、酸和堿等的濃度均基于其純物質(zhì)計(jì)算。在本發(fā)明方法的第1步(在不高于20°C的溫度下，用稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體 系處理晶片)中，處理過(guò)程有利地在不高于20°C的溫度進(jìn)行，優(yōu)選在不高于15°C的溫度進(jìn) 行，更優(yōu)選在5-15°C的溫度進(jìn)行。處理時(shí)間通常為2-25分鐘，優(yōu)選為3-20分鐘，更優(yōu)選為 5-18分鐘。所述稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系中，按重量百分比計(jì)算，氨水、過(guò)氧化氫的含量 通常分別為 0. 2-10. 0% NH3 和 0. 2-3. 0% H2O2，優(yōu)選為 0. 2-5. 0% NH3 和 0. 2-2. 5% H2O2，進(jìn) 一步優(yōu)選0. 25-3. 5% NH3和0. 25-2. 0% H2O2。本發(fā)明通過(guò)選擇氨水和過(guò)氧化氫的濃度，有 利地降低了對(duì)晶片表面的腐蝕速度。另外，使用低溫可進(jìn)一步減少溶液對(duì)表面的腐蝕，改善 晶片表面的微觀粗糙度。同時(shí)，該處理過(guò)程還可以選擇性地使用兆聲波技術(shù)，這可進(jìn)一步提 高外來(lái)顆粒的去除能力，達(dá)到使晶片表面均勻潔凈的目的。在該步驟中，兆聲波的波長(zhǎng)范圍 為480-1000千赫，優(yōu)選為600-850千赫。按晶片單面面積為基準(zhǔn)，兆聲波作用的能量密度 為0. 001-0. 003W/平方毫米，優(yōu)選0. 0012-0. 0022W/平方毫米。兆聲波作用的時(shí)間可以與 用稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系處理晶片的時(shí)間相同，也可以長(zhǎng)于或短于用稀釋氨水、過(guò)氧 化氫和水體系處理晶片的時(shí)間，例如在用稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系處理晶片的時(shí)間內(nèi)， 斷續(xù)地用兆聲波處理晶片。在本發(fā)明方法的第3步(用一種氧化劑處理晶片)中，通常在不高于30°C的溫度， 優(yōu)選在不高于20°C的溫度，更優(yōu)選在5-20°C的溫度，采用一種氧化劑處理晶片，在晶片表 面生成一層均勻的氧化層，改善前一步造成的不均勻性。該步驟中使用的氧化劑可為任意 的常規(guī)的氧化劑，例如過(guò)氧化氫、有機(jī)過(guò)氧化物(例如過(guò)氧化苯甲酰)或臭氧水等。該步驟 優(yōu)選以溶液氧化的方法進(jìn)行，例如使用10%-30%濃度的過(guò)氧化氫溶液。處理時(shí)間通常為1-45分鐘，優(yōu)選為3-30分鐘，更優(yōu)選為5-15分鐘。該處理過(guò)程也可部分或全程輔以兆聲波 技術(shù)進(jìn)行。優(yōu)選地，兆聲波的波長(zhǎng)范圍為480-1000千赫，優(yōu)選為600-850千赫。按晶片單 面面積為基準(zhǔn)，兆聲波作用的能量密度為0. 001-0. 003W/平方毫米，優(yōu)選0. 0012-0. 0022W/
平方毫米。在本發(fā)明方法的第5步(用一種稀酸或稀堿溶液處理晶片)中，通常在不高于 300C的溫度，優(yōu)選在不高于20°C的溫度，更優(yōu)選在5-20°C的溫度，基于砷化鎵表面氧化物 可以溶于酸或堿溶液的特性，應(yīng)用稀酸或稀堿溶液溶解掉之前生成的氧化層，露出新鮮的 砷化鎵表面。所述稀酸或稀堿溶液可以為例如濃度為0. 1-12%、優(yōu)選0. 5-8%的鹽酸、氫氟 酸或硝酸的稀溶液，或者濃度為0. 5-20%、優(yōu)選1-15%的氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀的稀 溶液。處理時(shí)間通常為1-45分鐘，優(yōu)選為3-30分鐘，更優(yōu)選為5-15分鐘。該處理過(guò)程亦 可部分或全程輔以兆聲波技術(shù)進(jìn)行。優(yōu)選地，兆聲波的波長(zhǎng)范圍為480-1000千赫，優(yōu)選為 600-850千赫。按晶片單面面積為基準(zhǔn)，兆聲波作用的能量密度為0. 001-0. 003W/平方毫 米,優(yōu)選0. 0012-0. 0022W/平方毫米。在用去離子水沖洗晶片的第2、4和6步中，各步驟優(yōu)選在較低溫度進(jìn)行，例如在 不高于30°C的溫度，優(yōu)選在不高于25°C的溫度，更優(yōu)選在8-20°C的溫度實(shí)施。沖洗時(shí)間 為1-15分鐘，優(yōu)選為3-10分鐘。所使用的去離子水例如可為電阻率不低于15兆歐·厘 米(1.5Χ107Ω · cm)、優(yōu)選不低于17. 5兆歐 厘米的去離子水。該處理過(guò)程也可部分或 全程輔以兆聲波技術(shù)進(jìn)行。優(yōu)選地，兆聲波的波長(zhǎng)范圍為480-1000千赫，優(yōu)選為600-850 千赫。按晶片單面面積為基準(zhǔn)，兆聲波作用的能量密度為0. 001-0. 003W/平方毫米，優(yōu)選 0. 0012-0. 0022W/ 平方毫米。本發(fā)明方法的第7步(使得到的晶片干燥)中，可以選擇在空氣或惰性氣氛(氮 氣等)中干燥晶片，或真空干燥。本發(fā)明的方法尤其適合清洗III-V族化合物半導(dǎo)體晶片，尤其是砷化鎵(GaAs)半 導(dǎo)體晶片。在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，還可在第1步的體系中加入其它添加劑， 如界面活性劑、HF、螯合劑等物質(zhì)，以穩(wěn)定去除晶片表面的顆粒、抑制金屬的表面的附著。本發(fā)明方法的特點(diǎn)包括由于使用稀釋氨水過(guò)氧化氫水體系，在低溫以及任選 的兆聲波的作用下去除主要?dú)埩粑锖屯鈦?lái)顆粒，從而減少了對(duì)晶片表面的過(guò)度腐蝕；另外， 通過(guò)腐蝕后的再氧化過(guò)程，使表面更加均勻一致。以下通過(guò)實(shí)施例示例性地說(shuō)明本發(fā)明，但不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例儀器兆聲波發(fā)生器(美國(guó)PCT公司9400型)濕法清洗臺(tái)(包含腐蝕槽和快排沖水槽)晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)(美國(guó)kmitool公司101型SRD)晶片質(zhì)量檢測(cè)方法=Yamada強(qiáng)光燈(光強(qiáng)大于100，OOOLux)，晶片表面分析儀 (美國(guó)KLA-TENC0R公司6220型)，原子力顯微鏡(AFM)(美國(guó)Digital Instrument公司 NanoScope IIIa 型)(垂直分辨率 0. 03nm，分析區(qū)域 5 μ mX 5 μ m)。待清洗晶片已經(jīng)過(guò)粗拋光和細(xì)拋光的150. 04mm(6英寸)GaAs晶片，厚度為 650 μ m0用強(qiáng)光燈檢查晶片表面，有可見(jiàn)顆粒，白霧。用TENC0R6220檢查，大于0. 3微米顆粒數(shù)大于1000顆，霧值(Haze值)為13ppm。用原子力顯微鏡檢查，表面微觀粗糙度Ra = 0.18nm。實(shí)施例1將1片晶片浸入帶兆聲波的(頻率780KHZ，能量密度0.00125W/平方毫米)含 0. 3% NH3氨水和1. 3% H2O2過(guò)氧化氫的水溶液中，于10°C下，處理5分鐘，全程使用兆聲波。將晶片放入沖洗槽中，于10°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢流漂 洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率780KHZ，能量密度0. 00125W/平方毫 米)10%過(guò)氧化氫溶液中，于20°C下，處理5分鐘，全程使用兆聲波。隨后將晶片放入沖洗槽中，于15°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率780KHZ，能量密度0. 00125W/平方毫 米)10%氨水溶液中，于20°C下，處理5分鐘。隨后將晶片放入沖洗槽中，于15°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)中用熱氮?dú)飧稍铩８稍锖蟮木脧?qiáng)光燈、TENC0R6220、原子力顯微鏡燈檢查表面。用強(qiáng)光燈檢查晶片表面，證實(shí)無(wú)可見(jiàn)顆粒，無(wú)白霧。用TENC0R6220檢查，大于 0. 3微米顆粒數(shù)為38顆，Haze值為0. 3ppm。用原子力顯微鏡檢查，表面微觀粗糙度Ra = 0. 15nm。實(shí)施例2將1片晶片浸入含0. 5% NH3和0. 3% H2O2的水溶液中，于20°C下，處理10分鐘。將晶片放入沖洗槽中，于20°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢流漂 洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面5分鐘。將沖洗后的晶片浸入20°C的飽和過(guò)氧化苯甲酰水溶液中處理10分鐘。隨后將晶片放入沖洗槽中，于20°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面5分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入5% HCl水溶液中，于20°C下，處理10分鐘。隨后將晶片放入沖洗槽中，于20°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)中用熱氮?dú)飧稍铩８稍锖蟮木脧?qiáng)光燈、TENC0R6220、原子力顯微鏡燈檢查表面。用強(qiáng)光燈檢查晶片表面，證實(shí)無(wú)可見(jiàn)顆粒，無(wú)白霧。用TENC0R6220檢查，大于0. 3 微米顆粒數(shù)為106顆，Haze值為3. lppm。用原子力顯微鏡檢查，表面微觀粗糙度Ra = 0.16nm。實(shí)施例3將1片晶片浸入帶兆聲波的(頻率700KHz，能量密度0. 0014W/平方毫米)3. 5% NH3和2. 0% H2O2混合水溶液中，于15°C下，處理5分鐘，全程使用兆聲波。將晶片放入沖洗槽中，于10°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率700KHZ，能量密度0. 0014W/平方毫 米)12%過(guò)氧化氫溶液中，于20°C下，處理5分鐘，全程使用兆聲波。隨后將晶片放入沖洗槽中，于20°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面5分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率700KHZ，能量密度0. 0014W/平方毫 米)10%氨水溶液中，于10°C下，處理10分鐘。隨后將晶片放入沖洗槽中，于20°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)中用熱氮?dú)飧稍铩８稍锖蟮木脧?qiáng)光燈、TENC0R6220、原子力顯微鏡燈檢查表面。用強(qiáng)光燈檢查晶片表面，證實(shí)無(wú)可見(jiàn)顆粒，無(wú)白霧。用TENC0R6220檢查，大于0. 3 微米顆粒數(shù)為51顆，Haze值為3. 49ppm。用原子力顯微鏡檢查，表面微觀粗糙度Ra = 0. 17nm。實(shí)施例4將1片晶片浸入帶兆聲波的(頻率680KHZ，能量密度0.0015W/平方毫米)含 0. 4% NH3和0. 8% H2O2混合水溶液中，于8°C下，處理10分鐘，全程使用兆聲波。將晶片放入沖洗槽中，于10°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢流漂 洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率680KHZ，能量密度0. 0015W/平方毫 米)12%過(guò)氧化氫溶液中，于10°C下，處理5分鐘，全程使用兆聲波。隨后將晶片放入沖洗槽中，于15°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率680KHZ，能量密度0. 0015W/平方毫 米)12%氨水溶液中，于20°C下，處理5分鐘。隨后將晶片放入沖洗槽中，于15°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面5分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)中用熱氮?dú)飧稍铩８稍锖蟮木脧?qiáng)光燈、TENC0R6220、原子力顯微鏡燈檢查表面。用強(qiáng)光燈檢查晶片表面，證實(shí)無(wú)可見(jiàn)顆粒，無(wú)白霧。用TENC0R6220檢查，大于0. 3 微米顆粒數(shù)為46顆，Haze值為0. 31ppm。用原子力顯微鏡檢查，表面微觀粗糙度Ra = 0. 15nm。實(shí)施例5將1片晶片浸入帶兆聲波的(頻率800KHZ，能量密度0.0014W/平方毫米)含 0. 5% NH3和0. 5% H2O2混合水溶液中，于10°C下，處理15分鐘，全程使用兆聲波。將晶片放入沖洗槽中，于15°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢流漂 洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率800KHZ，能量密度0. 0014W/平方毫米)O3 含量為2ppm的臭氧水，于15 °C下，處理5分鐘，全程使用兆聲波。
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隨后將晶片放入沖洗槽中，于15°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片浸入帶兆聲波的(頻率780KHZ，能量密度0. 00125W/平方毫 米)10%氫氧化鈉水溶液中，于20°C下，處理5分鐘。隨后將晶片放入沖洗槽中，于15°C下，用電阻率為17. 5兆歐·厘米的去離子水溢 流漂洗與快排噴水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面3分鐘，全程使用兆聲波。將沖洗后的晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)中用熱氮?dú)飧稍铩８稍锖蟮木脧?qiáng)光燈、TENC0R6220、原子力顯微鏡燈檢查表面。用強(qiáng)光燈檢查晶片表面，證實(shí)無(wú)可見(jiàn)顆粒，無(wú)白霧。用TENC0R6220檢查，大于0. 3 微米顆粒數(shù)為45顆，Haze值為0. 27ppm。用原子力顯微鏡檢查，表面微觀粗糙度Ra = 0. 14nm。
權(quán)利要求
1.一種III-V族化合物半導(dǎo)體晶片清洗方法，包括以下步驟(1)在不高于20°c的溫度下，用稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系處理晶片；(2)用去離子水沖洗晶片；(3)用一種氧化劑處理晶片；(4)用去離子水沖洗晶片；(5)用一種稀酸或稀堿溶液處理晶片；(6)用去離子水沖洗晶片；和(7)使得到的晶片干燥。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(1)在不高于15°C的溫度進(jìn)行，優(yōu)選在5-15°C 的溫度進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(1)的處理時(shí)間為2-25分鐘，優(yōu)選3-20分 鐘，更優(yōu)選5-18分鐘。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在所述稀釋氨水、過(guò)氧化氫和水體系中，按重 量百分比計(jì)算，氨水、過(guò)氧化氫的含量分別為0. 2-10. 0 % NH3和0. 2-3.0% H2O2，優(yōu)選為 0. 2-5. 0% NH3 和 0. 2-2. 5% H2O2。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟C3)中使用的氧化劑為過(guò)氧化氫、有機(jī)過(guò)氧 化物或臭氧水。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(3)的處理時(shí)間為1-45分鐘，優(yōu)選為3-30 分鐘，更優(yōu)選為5-15分鐘。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟C3)中使用的稀酸或稀堿溶液為鹽酸、氫氟 酸或硝酸的稀溶液，或者氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀的稀溶液。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在第(1)-(6)步的各步驟或部分步驟中還使用 兆聲波。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述III-V化合物為砷化鎵。
10.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在步驟(1)的體系中還加入選自界面活性劑、 HF、螯合劑的其它添加劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體晶片的清洗方法，尤其是以砷化鎵(GaAs)為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的清洗方法。本發(fā)明的方法可以改善晶片表面的清潔度、微觀粗糙度及均勻性。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102064090SQ201010513860
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者任殿勝, 劉慶輝 申請(qǐng)人:北京通美晶體技術(shù)有限公司