一種以拋代洗的藍寶石襯底晶片表面潔凈方法
【專利摘要】本發明涉及一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，先通入氧化液清洗有機物，再通入活性劑加螯合劑的混合清洗液去除顆粒及金屬離子，最后通入去離子水進行清洗。本發明所提供的清洗方法清洗液中不含強酸與強堿成分，環保，無污染，對技術操作人員也無危害，清洗后表面贓污數量低于業內要求的300以內，達到或超過業內要求水準；清洗效率較高，可以達到98%以上，節約了清洗時間，也免去了清洗設備的使用，提高了工業化生產能力并降低了生產成本。
【專利說明】—種以拋代洗的藍寶石襯底晶片表面潔凈方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于CMP后晶片表面的潔凈技術，尤其涉及一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]作為繼S1、GaAs之后的第三代半導體材料的GaN，無疑成為LED芯片制造產業發展進程中的里程碑，目前大力發展氮化鎵基LED發光材料已經成為進年來的照明產業發展的趨勢和重點。由于GaN很難制備體材料，必須在其它襯底材料上生長薄膜，因此對于GaN基的LED芯片的制造，襯底的選擇是首要考慮的因素。GaN的襯底材料有多種，包括藍寶石、碳化硅、硅、氧化鎂、氧化鋅等，在眾多材料中，藍寶石襯底材料成為成本和工藝可行性的首選材料。目前隨著節能減排及綠色能源的再次提出，作為制作發光器件襯底的藍寶石晶片加工成為人們研究的焦點。
[0004]藍寶石襯底晶片材料是由最初的三氧化二鋁顆粒轉化為光滑的薄晶片，整個過程中經過長晶、掏棒、切片、退火、研磨、拋光等幾十道工序，每經過一次工序的加工，藍寶石襯底晶片都進行了一次加工污染，因此藍寶石襯底晶片材料的每個加工程序后都需要進行清洗，而且每步的清洗結果都直接影響下一步的加工工序的難度，影響著產品質量的提高。尤其作為表面處理技術之一的拋光后表面潔凈技術尤其重要。
[0005]目前藍寶石襯底批量生產后晶片表面能量高、表面張力大、殘留拋光液分布不均、沾污金屬離子和殘存顆粒等現象都有出現。從而降低了藍寶石襯底晶片的成品率，進而影響后續器件的加工。
[0006]化學機械拋光后藍寶石晶片表面的污染主要有殘留拋光液、磨料顆粒以及其它顆粒、有機物和金屬離子污染等幾大污染，所以藍寶石襯底材料拋光后的清洗一般按以上三大類來進行。
[0007]目前藍寶石襯底的清洗方法有很多，如傳統的RCA清洗、超聲清洗、兆聲清洗、機械擦洗以及旋轉噴淋清洗、等離子體清洗、激光束清洗等。清洗技術發展至今，但通常適用于工業生產的還是傳統溶液浸泡來進行清洗，一般步驟多，消耗化學品和去離子水也多，且強酸、強堿、強氧化劑的使用不但操作危險，且易揮發造成環境污染，以及對操作人員身體造成傷害等。
[0008]中國專利公布號CN102632055A，公布日2012年8月15日，名稱為一種藍寶石襯底的清洗方法，該申請案公開了一種藍寶石襯底的清洗方法，將經過除有機雜質、無機金屬雜質清洗后的藍寶石襯底材料在電子純的有機溶劑中兆聲波清洗，用電子級超純水清洗，用氨水、過氧化氫、水組成的混合液清洗，用強酸清洗。其不足之處在于，所用清洗方法中消耗化學品和去離子水多，且強酸的使用不但操作危險且易揮發造成環境污染。
[0009]
【發明內容】

[0010]本發明的目的在于為了解決現有藍寶石清洗技術步驟多，消耗化學品和去離子水多，且強酸、強堿、強氧化劑的使用不但操作危險，且易揮發造成環境污染，以及對操作人員身體造成傷害的缺陷而提供一種環保、降低成本、保護操作人員的以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法。
[0011]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，所述表面潔凈方法包括以下步驟:
a)藍寶石襯底材料在拋光工序結束拋光后，將氧化液通入拋光機進行二次拋光，壓力為0.05-0.1MPa，流量500-700mL/min，拋光時間為120_150s ;所述氧化液中的有效成分為電解金剛石膜所得的陽極強氧化液；
b)再將螯合劑與表面活性劑配制成的清洗液通入拋光機進行再次拋光，壓力為0.05-0.1MPa，流量為 500-700mL/min，拋光時間為 120_150s ；
c)最后通入去離子水進行水拋，壓力位0.04-0.06MPa，流量為900-1200mL/min，時間120-180s ；
d )將清洗完的藍寶石襯底材料從拋光機內取出，在甩干機內通入氮氣甩干、吹干。
[0012]在本技術方案中，在拋光后將通入的拋光液停止，更改為通入氧化液與清洗液，同時改變相應的壓力、轉速與氧化液與清洗液流量即可進行拋光后藍寶石晶片的清洗。主要是由于假如藍寶石晶片拋光時磨料濃度較高，拋光后拋光液殘留嚴重，且拋光后擱置較長時間后再清洗，會導致拋光液磨料以及拋光液成分殘留在晶片表面，并由物理吸附轉化為化學吸附的形式吸附在表面，使得清洗難度增加。要注意的是拋光液所通的管路與氧化液或清洗液所通的管路要分開，獨立使用。
[0013]通入氧化液清洗有機物，再通入活性劑加螯合劑的混合清洗液去除顆粒及金屬離子，是因為表面活性劑是一種有機溶劑，且清洗液中濃度較低，因此在拋光的動態清洗過程中，完全的溶解，并不會對藍寶石晶片表面造成新的有機污染。依靠晶片與拋光布的接觸，施加壓力、轉速來旋轉摩擦，同時依靠清洗液中氧化液的強氧化作用，表面活性劑的滲透、潤濕等作用，以及螯合劑的金屬離子絡合作用，可分別將有機物氧化分解，將顆粒解析以及殘留拋光液從表面脫離，金屬離子螯合成可溶于水的螯合產物，這些反應后的產物都可隨著拋頭與拋光盤的旋轉過程甩出去，達到清洗的目的，提高了清洗效率，也提高了藍寶石襯底晶片表面質量。
[0014]作為優選，步驟a)所用氧化液中電解金剛石膜所得的陽極強氧化液的體積分數為10-20%。在本技術方案中，氧化液的有效成分為電解金剛石膜所得的陽極強氧化液，電解過程中在陽極電解槽加入無機磷酸鹽，在陽極上會發生氧化反應生成過氧焦磷酸鹽，使得溶液的氧化性大大的增強，使大多數有機污染物都能被分解成二氧化碳和水，該氧化液對金屬雜質的去除也有一定效果，這是因為過氧焦磷酸鹽被還原成的焦磷酸鹽具有很強的絡合力，它能與銅等金屬離子絡合，清洗過程中有機物分解后可以及時的隨著旋轉的過程甩出去，避免造成二次污染。
[0015]作為優選，步驟b)中，螯合劑在清洗液中所占體積分數為1-1.5%。，表面活性劑在清洗液中所占體積分數為1.5-2%。，溶劑為去離子水。在本技術方案中，表面活性劑不可加入過多，過多會有大量泡沫出現，這樣反而不利于清洗，故表面活性劑在清洗液中所占體積分數為1.5-2%。；螯合劑主要是去除金屬離子，因為拋光過程中是流動清洗，不需要加入太多，故螯合劑在清洗液中所占體積分數為1-1.5%。。
[0016]作為優選，表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚。在本技術方案中，脂肪醇聚氧乙烯醚為非離子表面活性劑，在拋光過程中可以很快的均勻分布于晶片表面，且可以輕易通過滲透作用，使顆粒與晶片表面解析，并通過潤濕作用形成致密保護膜，防止顆粒再次吸附，且此表面活性劑可以使清洗液中螯合劑對材料表面的微腐蝕作用更加均勻，降低了表面粗糙度。
[0017]作為優選，螯合劑為市售的FA/0型螯合劑。
[0018]作為優選，去離子水為電子級超純水。
[0019]本發明的有益效果是:
1)本發明先通入氧化液清洗有機物，再通入活性劑加螯合劑的混合清洗液去除顆粒及金屬離子，提高了清洗效率，也提高了藍寶石襯底晶片表面質量；
2)本發明通入去離子水進行清洗，充分結合了機械擦洗與去離子水沖洗的作用效果，其中去離子水為電子級超純水，可進一步去除清洗后反應產物，避免污染，清洗效率顯著提聞;
3)本發明所提供的清洗方法清洗液中不含強酸與強堿成分，環保，無污染，對技術操作人員也無危害，清洗后表面贓污數量低于業內要求的300以內，達到或超過業內要求水準；清洗效率較高，可以達到98%以上，節約了清洗時間，也免去了清洗設備的使用，提高了工業化生產能力并降低了生產成本。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]以下結合具體實施例，對本發明做進一步的解釋:
本發明所用螯合劑為市售FA/0型螯合劑；表面活性劑為市售非離子型表面活性劑； 實施例1
一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，所述表面潔凈方法包括以下步驟:
a)藍寶石襯底材料在拋光工序結束拋光后，將氧化液通入拋光機進行二次拋光，壓力為0.05MPa，流量500mL/min，拋光時間為150s ;所述氧化液中的有效成分為電解金剛石膜所得的陽極強氧化液，陽極強氧化液在氧化液中的體積分數為10% ；
b)再將FA/0型螯合劑與非離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚配制成的清洗液通入拋光機進行再次拋光，壓力為0.05MPa，流量為500mL/min，拋光時間為150s ；FA/0型螯合劑在清洗液中所占體積分數為1%。，非離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚在清洗液中所占體積分數為1.5%0 ；
c)最后通入去離子水進行水拋，壓力位0.04MPa,流量為900mL/min,時間150s ； d )將清洗完的藍寶石襯底材料從拋光機內取出，在甩干機內通入氮氣甩干、吹干。
[0022]
實施例2
一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，所述表面潔凈方法包括以下步驟:
a)藍寶石襯底材料在拋光工序結束拋光后，將氧化液通入拋光機進行二次拋光，壓力為0.08MPa，流量600mL/min，拋光時間為130s ;所述氧化液中的有效成分為電解金剛石膜所得的陽極強氧化液，陽極強氧化液在氧化液中的體積分數為15% ；
b)再將FA/0型螯合劑與非離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚配制成的清洗液通入拋光機進行再次拋光，壓力為0.08MPa,流量為600mL/min，拋光時間為130s ；FA/0型螯合劑在清洗液中所占體積分數為1.2%。，非離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚在清洗液中所占體積分數為1.8%。；
c)最后通入去離子水進行水拋，壓力位0.05MPa，流量為1000mL/min，時間120s ； d )將清洗完的藍寶石襯底材料從拋光機內取出，在甩干機內通入氮氣甩干、吹干。
[0023]
實施例3
一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，所述表面潔凈方法包括以下步驟:
a)藍寶石襯底材料在拋光工序結束拋光后，將氧化液通入拋光機進行二次拋光，壓力為0.1MPa，流量700mL/min，拋光時間為120s ;所述氧化液中的有效成分為電解金剛石膜所得的陽極強氧化液，陽極強氧化液在氧化液中的體積分數為20% ；
b)再將FA/0型螯合劑與非離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚配制成的清洗液通入拋光機進行再次拋光，壓力為0.1MPa，流量為700mL/min，拋光時間為120s ；FA/0型螯合劑在清洗液中所占體積分數為1.5%。，非離子型表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚在清洗液中所占體積分數為2%0 ；
c)最后通入去離子水進行水拋，壓力位0.06MPa,流量為1200mL/min,時間180s ； d )將清洗完的藍寶石襯底材料從拋光機內取出，在甩干機內通入氮氣甩干、吹干。
[0024]通過本發明的清洗方法，使得清洗的難度降低，且清洗的效果顯著增加；清洗液成分溫和，因此清洗后的表面粗糙度低，可達到0.2nm以下，無蝕圖出現；且清洗液中不含強酸與強堿成分，環保，無污染，對技術操作人員也無危害，清洗后表面贓污數量低于業內要求的300以內，達到或超過業內要求水準；清洗效率較高，可以達到98%以上，節約了清洗時間，也免去了清洗設備的使用,提高了工業化生產能力并降低了生產成本。
【權利要求】
1.一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，其特征在于，所述表面潔凈方法包括以下步驟: a)藍寶石襯底材料在拋光工序結束拋光后，將氧化液通入拋光機進行二次拋光，壓力為0.05-0.1MPa，流量500-700mL/min，拋光時間為120_150s ;所述氧化液中的有效成分為電解金剛石膜所得的陽極強氧化液； b)再將螯合劑與表面活性劑配制成的清洗液通入拋光機進行再次拋光，壓力為0.05-0.1MPa，流量為 500-700mL/min，拋光時間為 120_150s ； c)最后通入去離子水進行水拋，壓力位0.04-0.06MPa，流量為900-1200mL/min，時間120-180s ； d )將清洗完的藍寶石襯底材料從拋光機內取出，在甩干機內通入氮氣甩干、吹干。
2.根據權利要求1所述的一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，其特征在于，步驟a)所用氧化液中電解金剛石膜所得的陽極強氧化液的體積分數為10-20%。
3.根據權利要求1所述的一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，其特征在于，步驟b)中，螯合劑在清洗液中所占體積分數為1-1.5%。，表面活性劑在清洗液中所占體積分數為1.5-2%。,溶劑為去離子水。
4.根據權利要求1或3所述的一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，其特征在于，表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚。
5.根據權利要求1或3所述的一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，其特征在于，螯合劑為市售的FA/0型螯合劑。
6.根據權利要求1或2或3所述的一種以拋代洗的藍寶石襯底材料表面潔凈方法，其特征在于，去離子水為電子級超純水。
【文檔編號】B24B29/02GK103521474SQ201310362887
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】鄭偉艷, 曾錫強 申請人:曾錫強