磷化铟晶片清洗方法及半导体晶片清洗装置

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种磷化铟晶片清洗方法及半导体晶片清洗装置。

背景技术

磷化铟是重要的III-V族化合物半导体材料之一，因其众多的优越性使之在激光器、发光二极管、探测器、光放大器、光通信、微波器件、毫米波器件、抗辐射太阳能电池等许多技术领域都有广泛应用，具有不可替代性。随着半导体器件制作工艺的不断发展，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。而清洗晶片时晶片加工过程中的一个重要工序，对获得高质量表面的晶片至关重要。清洗的目的是要去除前序工序的各种残留物质，已获得洁净的晶片表面，为后续生产提供基础。

目前针对于磷化铟晶片的清洗，主要是采用过氧化氢、浓硫酸、柠檬酸等腐蚀性较强的化学试剂进行清洗。这些化学试剂在一定比例作用下，可以有效清洗干净晶片表面经过切片、研磨和抛光等工序残留下来的有机物质和其他污染物。但这些强腐蚀性物质在对晶片进行清洗的过程中会发生化学反应，容易出现氧化层过厚、表面粗糙等问题，进而影响后续加工产品的性能质量。

发明内容

本申请实施例提供了一种磷化铟晶片清洗方法及半导体晶片清洗装置，能够优化磷化铟晶片的清洗质量。

第一方面，本申请提供了一种磷化铟晶片清洗方法，所述方法包括：

通入惰性气体，并以第一兆声波频率喷淋去离子水对晶片进行兆声波清洗；

喷淋弱碱性清洗液清洗所述晶片；

通入惰性气体，并以第二兆声波频率喷淋去离子水对所述晶片进行兆声波清洗；所述第二兆声波频率高于所述第一兆声波频率，且所述第一兆声波频率及所述第二兆声波频率均与去离子水的清洗温度呈负相关关系；

喷淋冰醋酸溶液清洗所述晶片；所述冰醋酸溶液的清洗温度与去离子水的清洗温度呈正相关关系；

通入惰性气体，并以所述第二兆声波频率喷淋去离子水对所述晶片进行兆声波清洗；

持续通入惰性气体，并对所述晶片进行干燥处理。

在其中一个实施例中，所述第一兆声波频率为500KHz-600KHz，所述第二兆声波频率为800KHz-1MHz。

在其中一个实施例中，采用去离子水喷淋清洗所述晶片的清洗温度为1-4℃。

在其中一个实施例中，采用冰醋酸溶液清洗所述晶片的清洗温度为18-20℃。

在其中一个实施例中，所述弱碱性清洗液为过氧化氢溶液与氢氧化铵溶液的混合物。

在其中一个实施例中，所述弱碱性清洗液的成分包括：28-60份去离子水、1份过氧化氢以及1份氢氧化铵；

所述弱碱性清洗液的浓度与所述第一兆声波频率及所述第二兆声波频率呈负相关关系。

在其中一个实施例中，所述惰性气体包括氮气。

在其中一个实施例中，在采用去离子水进行清洗时以100RPM-120RPM的转速旋转所述晶片进行清洗，且清洗转速与去离子水的清洗温度呈负相关关系。

在其中一个实施例中，在对所述晶片进行干燥处理时以3000RPM-3500RPM的转速旋转所述晶片进行甩干，且干燥转速与去离子水的清洗温度呈负相关关系。

本申请提供的磷化铟晶片清洗方法，通过较低的第一兆声波频率喷淋去离子水对晶片上因前序工艺产生的大颗粒进行清洗，随后再进行化学清洗，依次采用弱碱性清洗液和冰醋酸溶液对晶片进行化学清洗，在每一次化学清洗后以稍高的第二兆声波频率喷淋去离子水清洗残留的化学品和小颗粒物，并在每一次化学清洗前后均通入惰性气体排除清洗空间内氧气，减少清洗过程中晶片表面的氧化反应，降低晶片表面氧化层的厚度，并通过腐蚀性更低的弱碱性清洗液和冰醋酸溶液进行化学清洗，通过配合兆声波清洗来实现减少腐蚀程度的同时保证清洁程度更干净，优化晶片表面的粗糙度，提高磷化铟晶片的清洗质量。

第二方面，本申请提供了一种半导体晶片清洗装置，包括：底座、旋转轴、支撑台、支撑件、驱动组件及清洗喷头；

所述旋转轴的一端固定于所述底座上，另一端固定于所述支撑台的第一面上，所述旋转轴用于受所述驱动组件的驱动进行旋转，以驱动所述支撑台进行旋转；

所述支撑台的第二面环形布设三个以上支撑件；

所述支撑件的第一端固定于所述支撑台的第二面，所述支撑件的第二端设有阶梯状卡口；

所述清洗喷头呈伞状，所述清洗喷头的内凹面均匀开设有多个第一喷淋口，所述清洗喷头的内凹面中心处开设有第二喷淋口，所述第一喷淋口与所述清洗喷头的第一通路连通，所述第二喷淋口与所述清洗喷头的第二通路连接，所述第二通路设有兆声波发生器。

本申请提供的半导体晶片清洗装置，能够将晶片的边缘通过支撑台上环形布设的三个以上支撑件的阶梯状卡口进行固定，将晶片悬空架设在支撑台上方，通过伞状的清洗喷头内凹面的多个第一喷淋口，配合旋转轴进行旋转清洗，能够更全面地对晶片进行喷淋清洗，清洗喷涂中心处开设的第二喷淋口能够为晶片清洗辅以兆声波清洗，对第二通路通入的清洗液进行兆声波处理，优化清洗效果，能够支持本申请提供的磷化铟晶片清洗方法进行磷化铟晶片清洗，提高晶片清洗质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一个实施例中，磷化铟晶片清洗方法的流程图；

图2为一个实施例中，半导体晶片清洗装置的结构示意图；

图3为一个实施例中，清洗喷头的截面示意图；

图4为一个实施例中，支撑件支撑晶片示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请实施例提供了一种磷化铟晶片清洗方法，所述方法包括：

步骤S101，通入惰性气体，并以第一兆声波频率喷淋去离子水对晶片进行兆声波清洗。

步骤S102，喷淋弱碱性清洗液清洗晶片。

步骤S103，通入惰性气体，并以第二兆声波频率喷淋去离子水对晶片进行兆声波清洗。

步骤S104，喷淋冰醋酸溶液清洗晶片。

步骤S105，通入惰性气体，并以第二兆声波频率喷淋去离子水对晶片进行兆声波清洗。

步骤S106，持续通入惰性气体，并对晶片进行干燥处理。

其中，第二兆声波频率高于第一兆声波频率，在步骤S101中采用较低的第一兆声波频率，目的是清洗前序工艺产生的大颗粒物质，在步骤S103和步骤S105中采用第二兆声波频率，目的是清洗晶片表面的小颗粒物质以及化学清洗残留的化学品，由于清洗目的不同采用不同的兆声波频率，相互配合实现对不同大小的颗粒的清洗以及化学品的清洗，并且尽可能减少高频兆声波对晶片表面的损伤，优化清洗效果。

第一兆声波频率及第二兆声波频率均与去离子水的清洗温度呈负相关关系，即采用的去离子水温度越高，第一兆声波频率和第二兆声波频率则需降低，去离子水的温度越高，晶片表面的温度也会提高，温度越高反应越剧烈，此时采用相对低的兆声波频率能够减少清洗过程中对晶片表面产生的损伤，而由于去离子水的温度提高，清洗效果相对低温而言更优，同样能保证清洗效果。

采用弱酸性的冰醋酸溶液替代传统的强酸溶液清洗，例如浓硫酸溶液、柠檬酸溶液等，既可减少强酸腐蚀晶片表面产生的凹坑，又因相比其他常用的酸性清洗液而言，冰醋酸与磷化铟反应剧烈程度较低，能够进一步减少腐蚀形成的凹坑。冰醋酸溶液的清洗温度与去离子水的清洗温度呈正相关关系，避免冰醋酸溶液与去离子水的温差较大造成的剧烈反应，降低反应速度，减少腐蚀对晶片表面粗糙度的影响。

在步骤S101、步骤S103以及步骤S105中通入惰性气体至容纳磷化铟晶片的清洗空间中，排除清洗空间中的氧气，减缓晶片表面与冰醋酸溶液反应产生的温升，使得在步骤S102、步骤S104以及最后采用去离子水进行兆声波清洗时能够减少晶片表面的氧化反应。

在步骤S106中，停止喷淋去离子水，但持续通入惰性气体，使晶片在惰性气体环境下进行干燥处理，抑制晶片表面发生氧化反应。

本申请提供的磷化铟晶片清洗方法，通过较低的第一兆声波频率喷淋去离子水对晶片上因前序工艺产生的大颗粒进行清洗，随后再进行化学清洗，依次采用弱碱性清洗液和冰醋酸溶液对晶片进行化学清洗，在每一次化学清洗后以稍高的第二兆声波频率喷淋去离子水清洗残留的化学品和小颗粒物，并在每一次化学清洗前后均通入惰性气体排除清洗空间内氧气，减少清洗过程中晶片表面的氧化反应，降低晶片表面氧化层的厚度。使用腐蚀性更低的弱碱性清洗液和冰醋酸溶液进行化学清洗，并配合兆声波清洗来实现减少腐蚀程度的同时保证清洁程度更干净，优化晶片表面的粗糙度，提高磷化铟晶片的清洗质量。

需要说明的是，本申请中“清洗温度”是指清洗液的温度，例如，去离子水的清洗温度，即为去离子水的温度。

在其中一个实施例中，第一兆声波频率为500KHz-600KHz，第二兆声波频率为800KHz-1MHz。

在其中一个实施例中，采用去离子水喷淋清洗晶片的清洗温度为1-4℃。

在其中一个实施例中，采用冰醋酸溶液清洗晶片的清洗温度为18-20℃。

在其中一个实施例中，弱碱性清洗液为过氧化氢溶液与氢氧化铵溶液的混合物。

在其中一个实施例中，弱碱性清洗液的成分包括：28-60份去离子水、1份过氧化氢以及1份氢氧化铵；弱碱性清洗液的浓度与第一兆声波频率及第二兆声波频率呈负相关关系。

现有技术中通常采用SC-1溶液对晶片表面进行清洗，SC-1溶液组成部分为水、过氧化氢和氢氧化铵，成分范围为5：1：1到7：2：1。而本申请中采用浓度远低于SC-1溶液的弱碱性清洗液进行清洗，能够降低清洗液对晶片表面的腐蚀程度，并且通过增加喷淋去离子水进行兆声波清洗，依然能够保证清洗的洁净度。

在其中一个实施例中，惰性气体包括氮气。在一些实施例中，惰性气体包括氩气或氙气。

在其中一个实施例中，在采用去离子水进行清洗时以100RPM-120RPM的转速旋转晶片进行清洗，且清洗转速与去离子水的清洗温度呈负相关关系。

在采用去离子水进行清洗时，旋转晶片能够更为充分地清洗晶片表面，并且避免清洗过程中清洗污水长时间停留造成晶片表面的损伤，也能通过旋转产生的离心力使污水离开晶片表面。由于去离子水的温度升高，会影响晶片表面的反应剧烈程度，为了取得更优的清洗效果，避免晶片表面的氧化层过厚，因此在去离子水的清洗温度提高时，采用去离子水进行清洗时旋转晶片的转速需降低；反之，为了保证清洗效果，在去离子水的清洗温度降低时，转速可以适当提高。

在其中一个实施例中，在对晶片进行干燥处理时以3000RPM-3500RPM的转速旋转晶片进行甩干，且干燥转速与去离子水的清洗温度呈负相关关系。

去离子水的温度越高，清洗后的晶片表面余温可能也会越高，在进行干燥处理时，采用较低的转速旋转晶片进行甩干，避免在干燥处理时晶片表面发生氧化反应、腐蚀反应影响晶片表面质量；反之，去离子水的温度较低时，可以适当提高干燥处理时旋转晶片的转速，提高干燥效率。

应该理解的是，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行。

参考图2至图4所示，本申请提供了一种半导体晶片清洗装置200，包括：底座210、旋转轴220、支撑台230、支撑件140、驱动组件及清洗喷头250；旋转轴220的一端固定于底座210上，另一端固定于支撑台230的第一面上，旋转轴220用于受驱动组件的驱动进行旋转，以驱动支撑台230进行旋转；支撑台230的第二面环形布设三个以上支撑件140；支撑件140的第一端固定于支撑台230的第二面，支撑件140的第二端设有阶梯状卡口；清洗喷头250呈伞状，清洗喷头250的内凹面均匀开设有多个第一喷淋口252，清洗喷头250的内凹面中心处开设有第二喷淋口253，第一喷淋口252与清洗喷头250的第一通路P1连通，第二喷淋口253与清洗喷头250的第二通路P2连接，第二通路P2设有兆声波发生器251。第二通路P2至少一部分被第一通路P1包围，且第一通路P1与第二通路P2之间不互通。在一些实施例中，第一通路P1与第二通路P2为双层通路结构，内层为第二通路P2，外层为第一通路P1。

本申请提供的半导体晶片清洗装置，能够将晶片300的边缘通过支撑台230上环形布设的三个以上支撑件140的阶梯状卡口进行固定，将晶片300悬空架设在支撑台230上方，通过伞状的清洗喷头250内凹面的多个第一喷淋口252，配合旋转轴220进行旋转清洗，能够更全面地对晶片300进行喷淋清洗，清洗喷涂中心处开设的第二喷淋口253能够为晶片300清洗辅以兆声波清洗，对第二通路P2通入的清洗液进行兆声波处理，优化清洗效果。

本实施例提供的半导体晶片清洗装置配合上述任一个实施例中的磷化铟晶片清洗方法，能够获得更优的磷化铟晶片清洗效果。在半导体晶片清洗装置用于使用上述实施例中的磷化铟晶片清洗方法时，第一通路用于切换通入惰性气体、弱碱性清洗液、冰醋酸清洗液，第二通路用于通入去离子水。

以下通过实施例示例性地说明采用半导体晶片清洗装置实施磷化铟晶片清洗方法的流程。

实施例1：

第一步：向清洗喷头的第二通路通入4℃的去离子水，经兆声波发生器以第一兆声波频率进行处理后从第二喷淋口喷出，同时向清洗喷头的第一通路通入氮气，以100RPM的转速旋转晶片进行清洗；第一兆声波频率设置为500KHz。

第二步：向清洗喷头的第一通路通入过氧化氢溶液与氢氧化铵溶液的混合物，经各个第一喷淋口喷出对晶片进行清洗，过氧化氢溶液与氢氧化铵溶液的混合物中过氧化氢、氢氧化铵、去离子水的份数为1:1:28。

第三步：向清洗喷头的第二通路通入4℃的去离子水，经兆声波发生器以第二兆声波频率进行处理后从第二喷淋口喷出，同时向清洗喷头的第一通路通入氮气，以100RPM的转速旋转晶片进行清洗；第二兆声波频率设置为800KHz。

第四步：向清洗喷头的第一通路通入20℃的冰醋酸溶液，通过各第一喷淋口喷出对晶片进行清洗。

第五步：向清洗喷头的第二通路通入4℃的去离子水，经兆声波发生器以第二兆声波频率进行处理后从第二喷淋口喷出，同时向清洗喷头的第一通路通入氮气，以100RPM的转速旋转晶片进行清洗；第二兆声波频率设置为800KHz。

第六步：停止兆声波清洗，持续向清洗喷头的第一通路通入氮气，以3000RPM的转速高速旋转晶片进行甩干，直至晶片表面无水渍，取出晶片。

实施例2：

第一步：向清洗喷头的第二通路通入1℃的去离子水，经兆声波发生器以第一兆声波频率进行处理后从第二喷淋口喷出，同时向清洗喷头的第一通路通入氮气，以120RPM的转速旋转晶片进行清洗；第一兆声波频率设置为600KHz。

第二步：向清洗喷头的第一通路通入过氧化氢溶液与氢氧化铵溶液的混合物，经各个第一喷淋口喷出对晶片进行清洗，过氧化氢溶液与氢氧化铵溶液的混合物中过氧化氢、氢氧化铵、去离子水的份数为1:1:60。

第三步：向清洗喷头的第二通路通入1℃的去离子水，经兆声波发生器以第二兆声波频率进行处理后从第二喷淋口喷出，同时向清洗喷头的第一通路通入氮气，以120RPM的转速旋转晶片进行清洗；第二兆声波频率设置为1MHz。

第四步：向清洗喷头的第一通路通入18℃的冰醋酸溶液，通过各第一喷淋口喷出对晶片进行清洗。

第五步：向清洗喷头的第二通路通入1℃的去离子水，经兆声波发生器以第二兆声波频率进行处理后从第二喷淋口喷出，同时向清洗喷头的第一通路通入氮气，以120RPM的转速旋转晶片进行清洗；第二兆声波频率设置为1MHz。

第六步：停止兆声波清洗，持续向清洗喷头的第一通路通入氮气，以3500RPM的转速高速旋转晶片进行甩干，直至晶片表面无水渍，取出晶片。

表1

表1中提供了上述对同样规格的磷化铟晶片采用实施例1和实施例2的方案进行清洗的清洗质量检测数据，以及采用传统方案进行清洗的对比例1的清洗质量检测数据。可见本申请提供的清洗方案能够使磷化铟晶片表面的颗粒物更少，氧化层更薄，粗糙度更优。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。