一种碳化硅晶片的清洗方法与流程

本申请涉及一种碳化硅晶片的清洗方法，属于半导体材料制备领域。

背景技术：

碳化硅作为最重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。由于sic晶片加工中需要由许多有机物和无机物共同参与完成，且诸多工艺需由人的参与进行，因此产品不可避免的会被一些有机物、颗粒、金属和氧化物等杂质污染。在碳化硅做成的集成电路内，各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到这些杂质污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏，形成短路或断路，导致集成电路失效，造成严重损失。因此碳化硅衬底在最终加工完毕后，必须保证其高度的洁净度。

目前，行业内大多使用rca湿式化学清洗技术，该技术中涉及到的溶液有硫酸与双氧水的混合液(简称spm)、氨水与双氧水的混合液(简称apm)、盐酸和双氧水的混合液(简称hpm)、氢氟酸溶液(简称dhf)通过调整清洗液的配比，清洗温度，清洗时间等工艺，可以使产品达到不同的清洗效果。现有技术清洗后的碳化硅晶片，往往还会有少量的颗粒清除不掉，有些颗粒可以通过进一步的清洗将其清除，但重复的工作大大降低了工作效率，有些颗粒粘附力较大，多次清洗也无法去除。此外，随着清洗晶片数的增加，清洗槽逐渐脏污，金属和有机杂质易沉积在槽内而造成污染，使得碳化硅晶片的清洗方法的成本高、效率低和耗时长。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请提供了一种碳化硅晶片的清洗方法。该碳化硅晶片的清洗方法中包括等离子体的清洗步骤，该方法可以去除湿法清洗无法去除的部分物质，有效提升碳化硅晶片表面的清洗能力，同时可以减少清洗液的更换频率，减少化学品对环境的污染，工作效率高、成本低、耗时短。

该碳化硅晶片的清洗方法，其特征在于，所述清洗方法包括等离子清洗和湿法清洗的步骤。

可选地，所述等离子清洗中的等离子气体选自空气、氧气、氮气、氩气和氢气中的至少一种。进一步地，所述等离子体气体为空气和氢气。优选地，所述等离子体气体为氢气，氢气属于活泼性气体，具有较强的化学反应活性，可与晶片表面的杂质发生化学反应，起到很好的清洗效果。

可选地，所述等离子清洗包括碳化硅晶片碳面和/或碳化硅晶片硅面进行清洗的步骤。作为一种实施方式，所述等离子清洗包括：1)将碳化硅单晶硅面朝上，水平放置在托盘中，然后将托盘放入等离子体设备的腔体内，利用等离子体的“活化作用”，将碳化硅晶片表面的有机物、氧化物的分子或原子等杂质进行去除；然后，将碳化硅晶片碳面上重复步骤1)。

可选地，所述等离子体清洗步骤包括将碳化硅晶片置于等离子体设备中，用等离子气体清洗碳化硅晶片至少1min。优选地，所述清洗碳化硅晶片的时间为1～15min。更优选地，所述清洗碳化硅晶片的时间为8～15min。

可选地，所述清洗碳化硅晶片的真空度为1-150pa。进一步地，所述清洗碳化硅晶片的真空度为5-100pa。优选地，所述清洗碳化硅晶片的真空度为80pa。

可选地，所述清洗碳化硅晶片的等离子体设备的功率为200～1000w，所述等离子体设备的气体流量至少为10sccm。优选地，所述等离子体设备的气体流量为10～120sccm。更优选地，所述等离子体设备的气体流量为50～70sccm。

可选地，所述湿法清洗的清洗剂包括浓硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸、双氧水和去离子水中的至少一种。

可选地，所述湿法清洗的清洗温度为20～150℃。

优选地，所述湿法清洗使用超声或兆声波清洗。

可选地，所述湿法清洗选自rca湿式化学清洗技术。优选的，所述rca湿式化学清洗技术包括spm洗、水洗、apm洗、水洗、hpm洗、水洗、dhf洗、水洗和n2环境干燥的步骤。

进一步地，所述spm洗为在100℃下清洗10min。所述水洗为在室温下清洗10min。所述apm洗为在60℃下清洗10min。所述hpm洗为在60℃下清洗10min。所述dhf洗为在室温下清洗10min。

可选地，所述碳化硅晶片的清洗方法选自：①依次使用简单清洗、等离子清洗和湿法清洗和，②依次使用简单清洗、湿法清洗和等离子清洗和，③依次使用简单清洗、等离子清洗、湿法清洗和等离子清洗，中的一种。

可选地，所述清洗方法还包括简单清洗。作为一种实施方式，所述简单清洗包括：人工使用软毛刷和水进行简单冲洗。所述简单清洗的操作简单，成本低，可去除碳化硅晶片表面粘附力较小的杂质。

可选地，本申请中的碳化硅晶片的清洗方法还包括对清洗干净的碳化硅晶片进行表面杂质测试，测试合格后的碳化硅晶片进行封装。

本申请的有益效果包括但不限于：

1)本申请的碳化硅晶片的清洗方法使得碳化硅晶片表面的杂质清除的更干净。

2)本申请的碳化硅晶片的清洗方法可以降低湿法清洗步骤中杂质对清洗槽的污染程度，减少清洗液的更换频率。

3)本申请的碳化硅晶片的清洗方法中的等离子清洗操作简单，环保，且杂质去除效率高，可以提升整体的工作效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例中的碳化硅晶片6#、7#和8#表面颗粒分布分别为图1a、1b和1c。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的涉及的原料等均通过商业途径购买。

本申请的实施例中分析方法如下：

本申请的实施例中分析方法如下：

cs测试采用candela公司的cs20型表面缺陷检测设备。

txrf测试采用technos公司的trex-630ⅲ型全反射x射线荧光分析仪器。

等离子体设备为采用plaux公司的vpc-500f型半导体等离子处理设备。

本申请的实施方式，以对碳化硅晶片依次使用简单清洗、湿法清洗和等离子清洗的步骤进行本申请的实施方式的有益效果。

实施例1碳化硅晶片的清洗步骤

碳化硅晶片的制备按照本领域的人员的可实施的任意方式进行，如使用化学机械抛光(简称cmp)工艺制得碳化硅晶片a#。

对碳化硅晶片a#使用本申请的一种方式进行清洗，清洗步骤如下：

1)简单清洗：人工使用软毛刷和水进行简单冲洗，去除碳化硅晶片表面粘附力较小的杂质，例如可在室温下清洗15min。

2)等离子清洗：将碳化硅的硅面朝上，水平放置在托盘中，然后将托盘放入等离子体设备的清洗腔内进行步骤①-⑤；然后，将碳化硅碳面朝上进行步骤①-⑤；

具体工艺步骤①-⑤参数如下：①等离子体设备的腔体等离子体设备的清洗腔的压力为1～150pa；

②等离子体设备功率为200～1000w；

③等离子气体选自空气、氧气、氮气、氩气、氢气中的至少一种；

④等离子体设备中使用的气体流量至少为10sccm；

⑤碳化硅晶片清洗的时间至少为1min。

3)湿法清洗：使用清洗剂包括浓硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸、双氧水、去离子水中的至少一种，清洗温度为20～150℃；清洗过程中可配合超声或兆声波清洗。

4)将清洗干净的碳化硅晶片进行表面杂质的测试，合格的产品进行封装。

按照上述方法对碳化硅晶片a#进行清洗，具体的清洗方法参数如表1所示，分别清洗制得碳化硅晶片1#、碳化硅晶片2#、碳化硅晶片3#、碳化硅晶片4#和碳化硅晶片5#，和对比碳化硅晶片d1#、对比碳化硅晶片d2#和对比碳化硅晶片d3#。其中，表1中spm洗为在100℃下清洗10min；水洗为在室温下清洗10min；apm洗为在60℃下清洗10min；hpm洗为在60℃下清洗10min；dhf洗为在室温下清洗10min。

表1

本申请的清洗的碳化硅晶片表面颗粒总数为15-50个，该方法清洗的碳化硅晶片更干净，且耗时少。其中使但碳化硅晶片2#、3#使用空气和氮气的等离子和，碳化硅晶片4#、5#使用的功率条件的等离子体试验，碳化硅晶片表面颗粒总数分别为42、38、50、21，d1#不使用等离子清洗步骤的碳化硅晶片表面颗粒总数为55个，用氮气和空气进行等离子清洁的效果比氢气的效果差，但是比不使用等离子清洗碳化硅片表面颗粒的数量少。碳化硅晶片6#和7#的表面颗粒总数分别为16和17个，比碳化硅晶片1#的表面颗粒多。

实施例2

将碳化硅晶片a#分别进行下述三种清洗方法，下述方法中的简单清洗、等离子清洗和湿法清洗步骤同碳化硅晶片1#的步骤：

方法一、简单清洗、等离子清洗和湿法清洗，制得碳化硅晶片8#；

方法二、简单清洗和一次湿法清洗，制得碳化硅晶片9#；

方法三、简单清洗和两次湿法清洗，制得碳化硅晶片10#。

清洗后的碳化硅晶片分别为碳化硅晶片8#-10#，分别进行cs及txrf测试碳化硅晶片表面颗粒分布及表面元素含量测试，碳化硅晶片6#-8#的分别为图1a、1b和1c所示。碳化硅晶片8#-10#表面颗粒个数及元素含量数据如表2所示。

表2

由表2可见，使用本申请的碳化硅晶片的清洗方法制得的碳化硅晶片表面颗粒数及表面元素含量最少。其中，方法三是在传统的rca湿式化学清洗技术基础上进行了重复的操作，测试结果可见，其清洗效果虽比方法二好，但仍比方法一差。此外，等离子清洗所用时间较短。综上，本发明提供的新型碳化硅晶片的清洗方法，可以有效提高碳化硅晶片表面的清洗能力，提升晶片表面的洁净度，有效提升清洗效率。

以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。