一种碳化硅外延晶片硅面贴膜后的清洗方法与流程

1.本发明涉及半导体清洗工艺技术领域，尤其涉及一种碳化硅外延晶片硅面贴膜后的清洗方法。


背景技术：

2.目前碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。
3.近年来新能源汽车驱动碳化硅行业高速成长，随着新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，对碳化硅功率半导体器件性能指标和可靠性的要求也日益提高。这就导致制作碳化硅器件的外延材料需求量增加，各项指标要求也更严格。
4.早期，对碳化硅外延材料没有对背面生长层及硅化物提出要求。为了解决背面生长层或硅化物对器件制造的影响，常规的清洗技术难以去除背面生长层或硅化物，目前只能用物理方法对背面进行cmp处理，这就需要对外延层进行贴膜保护，导致外延表面会有顽固有机物残留，请参阅图1，用现有的湿法清洗技术难以有效去除。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供了一种碳化硅外延晶片硅面贴膜后的清洗方法，其解决现有技术中贴膜保护导致外延表面会有顽固有机物残留的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种碳化硅外延晶片硅面贴膜后的清洗方法，包括湿法清洗和气相清洗，所述气相清洗为使用氢气蚀刻去除晶片表面顽固的有机物，其中氢气的温度控制在900～1500℃。
7.上述技术方案中，所述氢气的流量控制在25l/min～40l/min，氢气对晶片表面蚀刻的时间控制在5～15min。
8.上述技术方案中，包括以下步骤：
9.s1、将cmp后的碳化硅外延晶片去颗粒清洗，然后揭掉碳化硅外延晶片的外延硅面保护膜；
10.s2、对揭膜后的碳化硅外延晶片进行有机溶剂浸泡清洗，其中有机溶剂的温度控制在30～45℃内，处理时间控制在20min～40min；
11.s4、将碳化硅外延晶片转移至纯水超声槽中，进行循环纯水溢流超声；
12.s5、将碳化硅外延晶片进行spm药液浸泡，spm药液的浸泡温度控制范围在120～140℃；
13.s6、将碳化硅外延晶片转移至纯水超声槽中，进行纯水循环溢流超声清洗；
14.s7、将碳化硅外延晶片进行apm药液浸泡，apm药液的浸泡温度控制范围在45～70℃；
15.s8、将碳化硅外延晶片转移至纯水超声槽中，进行纯水循环溢流超声清洗；
16.s9、将碳化硅外延晶片进行1200rpm转速甩干；
17.s10、对碳化硅外延晶片进行气相清洗。
18.上述技术方案中，所述s2步骤中的有机溶剂浓度范围在60％-99.9％，有机溶剂为丙酮溶液或异丙醇溶液。
19.上述技术方案中，所述s2步骤在有机溶剂控温浸泡清洗中增加超声波处理，超声波处理的时间控制在5～15min。
20.上述技术方案中，所述s5步骤中，spm药液比例：98％浓硫酸：30％-32％过氧化氢＝3:1或5:2，其中spm药液浸泡处理时间控制在10～30min。
21.上述技术方案中，所述s7步骤中，apm药液比例：28％-30％氨水溶液：30％-32％过氧化氢：纯水＝1:1:5或1:1:6，处理时间控制在10～30min。
22.上述技术方案中，所述s4、s6和s8中纯水循环溢流超声清洗的循环周期为2-4次，处理时间控制在5～15min。
23.上述技术方案中，所述s4、s6和s8中的超声清洗频率采用40-80khz变频方式，超声波功率范围为500～800w，超声传递方式为纵向液体传递。
24.上述技术方案中，所述s9步骤的甩干过程使用氮气进行吹扫，甩干时间5～8分钟。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.(1)可以有效去除外延表面强吸附性的有机物质、无机物及其余有机物质；
27.(2)保证碳化硅外延晶片表面洁净度，提高碳化硅外延晶片质量；
28.(3)有效解决碳化硅外延片表面贴膜保护时对外延表面带来的有机污染，解决背面生长层或硅化物问题的同时保证晶片清洗质量，提高清洗效率。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是碳化硅外延晶片1#使用现有技术的清洗方法清洗后的拍摄图像；
31.图2是碳化硅外延晶片6#使用现有技术的清洗方法清洗后的拍摄图像；
32.图3是碳化硅外延晶片1#使用本技术方案的清洗方法清洗后的拍摄图像；
33.图4是碳化硅外延晶片6#使用本技术方案的清洗方法清洗后的拍摄图像。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该
32％过氧化氢＝3:1或5:2，spm药液浸泡处理时间控制在10～30min。spm药液具有强氧化性，可以有效去除碳化硅外延晶片表面的有机物、无机化合物、重金属离子如hg、ge等。另外，提高spm药液的温度，可以提高spm药液的氧化性，从而可以提高碳化硅外延晶片的清洗效果，故本实施例的spm药液浸泡温度优选控制在120～140℃。
45.s6、将碳化硅外延晶片转移至纯水超声槽中，进行纯水循环溢流超声清洗；其中循环周期约2-4次，处理时间控制在5～15min，超声清洗过程中，使用频率在40-80khz变频方式，超声波功率500～800w，超声传递方式为纵向液体传递，这一步骤主要是去除碳化硅外延晶片表面的spm药液及颗粒，避免污染下一步apm药液浸泡的apm药液。
46.s7、将碳化硅外延晶片进行apm药液浸泡，apm药液的浸泡温度控制范围在45～70℃；其中apm药液比例：28％-30％氨水溶液：30％-32％过氧化氢：纯水＝1:1:5或1:1:6，浸泡处理时间控制在10～30min。在apm药液浸泡的过程中，硅片表面由于h2o2的氧化作用容易生成氧化膜，该氧化膜又被nh4oh腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属等等也随腐蚀层而落入清洗液内。apm药液浸泡主要是为了剥离碳化硅外延晶片表面的阳离子和颗粒。
47.s8、将碳化硅外延晶片转移至纯水超声槽中，进行纯水循环溢流超声清洗；其中循环周期约2-4次，处理时间控制在5～15min，超声清洗过程中，使用频率在40-80khz变频方式，超声波功率500～800w，超声传递方式为纵向液体传递，这一步骤主要是去除碳化硅外延晶片表面的apm药液及颗粒。
48.s9、将碳化硅外延晶片进行1200rpm转速甩干，另外在甩干过程优选使用氮气进行吹扫，甩干时间5～8分钟。
49.s10、对碳化硅外延晶片进行气相清洗，使用氢气蚀刻去除碳化硅外延晶片表面上具有强吸附性的有机物质，进一步提高碳化硅外延晶片表面的清洗效果。
50.请参阅图1和图2，可以明显看出本实施例的清洗方法较于现有技术的清洗方法，大大提高了清洗能力，进而提高了碳化硅外延晶片的洁净度。本实施例的湿法清洗可以去除碳化硅外延晶片表面黏着的磨抛液、表面的无机污染物、表面部分有机污染物及其它强吸附性物质。气相清洗法主要去除碳化硅外延晶片表面具有强吸附性的有机物质。该清洗工艺能够有效解决碳化硅外延片表面贴膜保护对外延表面带来的有机污染，解决背面生长层或硅化物问题的同时保证晶片清洗质量，提高清洗效率。
51.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
52.实施例二
53.本实施例的清洗方法包括浸泡有机溶剂、水洗、湿法清洗、气相清洗。现有技术的清洗方法为湿法清洗。其中湿法清洗包括spm洗、水洗、apm洗、水洗、和n2环境离心甩干。
54.本实施例浸泡的有机溶剂是丙酮，浸泡的时间为30min，浸泡时溶液的温度为35℃，气相清洗为使用1000℃的氢气对碳化硅外延晶片进行蚀刻5min，请参阅下表，表1为本实施例的清洗方法和现有技术清洗方法的实验数据对比。
[0055][0056]
表1
[0057]
请参阅图1-图4以及上表，可知现有技术使用湿法清洗的清洗效果较差，晶片表面颗粒数总数最大为1963，最小为174。晶片表面颗粒数数据的极差和方差较大，清洗效果容易不稳定。使用本技术方案清洗的碳化硅外延晶片表面颗粒总数最大为77，最小为18，该方法清洗的碳化硅晶片表面颗粒数更少，清洗得更干净，而且晶片表面颗粒数数据的极差和方差较小，从而表明本技术方案的清洗方法比较稳定，清洗效果良好。
[0058]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。