一种去除SiC外延晶片金属污染或残留的清洗方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特指一种去除SiC外延晶片金属污染或残留的清洗方法。

背景技术：
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碳化硅(SiC)是一种重要的宽禁带半导体材料，SiC是一种性能优异的新一代(第三代)宽禁带半导体材料，是第三代半导体材料的典型代表,也是目前晶体生长技术和器件制造水平最成熟、应用最广泛的宽禁带半导体材料之一,是高温、高频、抗辐照、大功率应用场合下极为理想的半导体材料。SiC半导体材料具有宽带隙、高饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等突出优点,特别适合制作大功率、高压、高温、抗辐照电子器件。由于SiC功率器件可显著降低电子设备的能耗,因此SiC功率器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。

SiC外延晶片即以SiC单晶片作为衬底生长的外延片，外延晶片主要用于各种分立器件的制作，比如SBD、MOSFET、JFET、BJT、SIT和MESFET等，这些器件广泛应用于各个领域，如航空航天、电动/混合动力汽车、工业控制、白色家电、新能源、智能电网、马达控制、轨道交通、轮船、军事等。

SiC外延晶片生长完成后金属污染主要来源于测试过程中，例如：载流子浓度测试，目前，半导体行业认可的是汞探针高频电容-电压测试(C-V测试)分析法。其优点是稳定性好，非损伤性测试；其缺点是晶片表面与汞接触，造成汞沾污。其它测试，例如厚度测试、表面粗糙度测试等，SiC晶片与测试设备接触都会有不同程度的金属污染。因为SiC硬度高，仅次于金刚石，所以SiC与其他金属接触时易受到污染。

半导体器件在制造的过程中，半导体材料的洁净度对器件的性能及成品率有着重要影响，而金属污染或残留会造成缩短少子寿命，降低击穿电压等后果，影响半导体器件性能的可靠性及器件的成品率。所以在制造半导体器件时，对半导体材料的清洗尤为重要。

有鉴于此，本发明人提出以下技术方案。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种去除SiC外延晶片金属污染或残留的清洗方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：该去除SiC外延晶片金属污染或残留的清洗方法包括以下步骤：a、将SiC外延晶片置于加热的由硫酸与双氧水混合形成的混合洗液中浸泡；b、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，然后置于丙酮中超声波清洗；c、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，然后置于加热的由氨水、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中浸泡；d、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，然后置于加热的由盐酸、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中浸泡；e、依次用臭氧水、氨水、高纯氮加去离子水分别冲洗SiC外延晶片表面；f、依次用臭氧水、氢氟酸溶液、臭氧水分别冲洗SiC外延晶片表面；g、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，高速旋转甩干。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤a、c、d中，所述的混合洗液均加热至50～150℃。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤b、c、d、e、f、g中，在对SiC外延晶片冲洗时，SiC外延晶片均处于高速旋转状态。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤e中，在使用高纯氮加去离子水冲洗SiC外延晶片时，采用上下并排倾斜双通道。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤f中，所述氢氟酸溶液的浓度为0.1％～2％。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤f中，使用氢氟酸溶液冲洗SiC外延晶片表面后，再使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，使SiC外延晶片表面形成一层氧化膜。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤a中，在硫酸与双氧水混合形成的混合洗液中，硫酸与双氧水的配比为3:1。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤c中，在氨水、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中，氨水、双氧水、去离子水的配比为1:1:5。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤d中，在盐酸、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中，盐酸、双氧水、去离子水的配比为1:1:5。

进一步而言，上述技术方案中，于步骤e中，用高纯氮加去离子水冲洗SiC外延晶时，该高纯氮压力值为80psi，去离子水流量为2.5L/min。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：本发明采用了化学清洗法与物理清洗法相结合的方法清洗SiC外延晶片，其中，加热浸泡的方法能初步去除SiC外延晶片表面的有有机污染、部分颗粒和部分金属污染；冲洗高速旋转SiC外延晶片的方法能使化学药液或者去离子水或者气体在晶片表面有一个作用力，不但能够更有效的去除SiC外延晶片表面的污染物质，而且能将污染源及时带走而脱离SiC外延晶片表面，有效防止因污染源扩散而造成的SiC外延晶片表面二次沾污。本发明第一次使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，其目的是先生成一层氧化膜，然后通过氢氟酸溶液冲洗SiC外延晶片表面以去除这层氧化膜，进一步去除金属污染或残留，并可达到彻底去除晶片表面金属污染或残留的目的。然后再使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，再在SiC外延晶片表面生长一层薄的氧化膜，减少SiC外延晶片表面再次被金属污染，从而预防碳化硅晶片表面吸附二次污染物。

附图说明：

图1是本发明实施一的步骤图；

图2是本发明实施二的步骤图；

图3是本发明实施一清洗试验的测试结果；

图4是本发明实施二清洗试验的测试结果。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。

SiC外延晶片在清洗之前，其表面附着一些灰尘颗粒、有机污染、金属污染或残留等。

一种去除SiC外延晶片金属污染或残留的清洗方法，其特征在于：该清洗方法包括以下步骤：

a、将SiC外延晶片置于加热的由硫酸与双氧水混合形成的混合洗液中浸泡，其目的是去除SiC外延晶片表面的有机污染、颗粒以及汞沾污和部分金属污染或残留；其中，在硫酸与双氧水混合形成的混合洗液中，硫酸与双氧水的配比为3:1；

b、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，然后置于丙酮中超声波清洗，其目的是去除SiC外延晶片表面的有机污染及灰尘颗粒。

c、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，然后置于加热的由氨水、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中浸泡，其目的是进一步去除SiC外延晶片表面的灰尘颗粒；其中，在氨水、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中，氨水、双氧水、去离子水的配比为1:1:5。

d、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，然后置于加热的由盐酸、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中浸泡，其目的是进一步去除SiC外延晶片表面的部分金属污染；其中，在盐酸、双氧水、去离子水混合形成的混合洗液中，盐酸、双氧水、去离子水的配比为1:1:5。使用盐酸可快速去除大部分金属污染或残留。

e、依次用臭氧水、氨水、高纯氮加去离子水分别冲洗SiC外延晶片表面，其目的是进一步去除SiC外延晶片表面的颗粒；用高纯氮加去离子水冲洗SiC外延晶时，该高纯氮压力值80psi左右，去离子水流量为2.5L/min左右，另外，在使用高纯氮加去离子水冲洗SiC外延晶片时，采用上下并排倾斜双通道。其中使用氨水冲洗SiC外延晶片，去除颗粒的效果明显。

f、依次用臭氧水、氢氟酸溶液、臭氧水分别冲洗SiC外延晶片表面；其中，所述氢氟酸溶液的浓度为0.1％～2％。使用氢氟酸溶液冲洗SiC外延晶片表面后，再使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，使SiC外延晶片表面形成一层氧化膜。具体而言，在第一次使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，其目的是先生成一层氧化膜，然后通过氢氟酸溶液冲洗SiC外延晶片表面以去除这层氧化膜，进一步去除金属污染或残留，并可达到彻底去除晶片表面金属污染或残留的目的。然后再使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，再在SiC外延晶片表面生长一层薄的氧化膜，减少SiC外延晶片表面再次被金属污染，从而预防碳化硅晶片表面吸附二次污染物。

g、用去离子水冲洗SiC外延晶片表面，高速旋转甩干。

于步骤a、c、d中，所述的混合洗液均加热至50～150℃。

于步骤b、c、d、e、f、g中，在对SiC外延晶片冲洗时，SiC外延晶片均处于高速旋转状态。

综上所述，本发明采用了化学清洗法与物理清洗法相结合的方法清洗SiC外延晶片，其中，加热浸泡的方法能初步去除SiC外延晶片表面的有有机污染、部分颗粒和部分金属污染；冲洗高速旋转SiC外延晶片的方法能使化学药液或者去离子水或者气体在晶片表面有一个作用力，不但能够更有效的去除SiC外延晶片表面的污染物质，而且能将污染源及时带走而脱离SiC外延晶片表面，有效防止因污染源扩散而造成的SiC外延晶片表面二次沾污。本发明第一次使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，其目的是先生成一层氧化膜，然后通过氢氟酸溶液冲洗SiC外延晶片表面以去除这层氧化膜，进一步去除金属污染或残留，并可达到彻底去除晶片表面金属污染或残留的目的。然后再使用臭氧水冲洗SiC外延晶片表面，再在SiC外延晶片表面生长一层薄的氧化膜，减少SiC外延晶片表面再次被金属污染，从而预防碳化硅晶片表面吸附二次污染物。

实施例一：

结合图1所示，本实施例一使用上述去除SiC外延晶片金属污染或残留的清洗方法中的步骤a、b、c、d、g，本实施例一中两个样片检测结果显示：钙(Ca)残留量最小值是3.241E+11atom/cm²,最大值是1.1623E+12atom/cm²；铁(Fe)残留量最小值是1.58E+10atom/cm²,最大值是6.74E+10atom/cm²；锌(Zn)残留量最小值是5.53E+10atom/cm²,最大值是1.281E+11atom/cm²；其它金属元素残留含量均小于5E+10atom/cm²，测试值参见图3。

实施例二：

结合图2所示，本实施例二使用上述去除SiC外延晶片金属污染或残留的清洗方法中的步骤a、b、c、d、e、f、g，本实施例二中两个样片检测结果显示：样品04(Sample 04)中心点钾(K)、钙(Ca)两种元素含量偏高，其它测试点均小于5E+10atom/cm²；铁(Fe)残留量最小值小于0.45E+10atom/cm²,最大值是0.88E+10atom/cm²；锌(Zn)残留量最小值小于0.21E+10atom/cm²,最大值是1.41E+10atom/cm²；其它金属元素残留含量均小于2E+10atom/cm²，测试值参见图4。

实施例二去金属污染或残留的效果更好，且结果满足半导体行业对材料的要求。

当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。