????????藍(lán)寶石晶片的凈化包括清洗方式、清洗劑的配方、清洗設(shè)備、清洗環(huán)境和清洗工藝。清洗方式主要分為濕式清洗和干式清洗, 目前濕式清洗在藍(lán)寶石晶片表面凈化中仍處于主導(dǎo)地位。下面主要就藍(lán)寶石晶片的濕式清洗的清洗劑性質(zhì)、清洗設(shè)備、清洗環(huán)境分別闡述。????
清洗劑的性質(zhì)??
??????? 清洗劑的去污能力,?對(duì)濕式清洗的清洗效果有決定性的影響,?根據(jù)藍(lán)寶石晶片清洗目的和要求,?選擇適當(dāng)?shù)那逑磩┦菨袷角逑吹氖滓襟E。藍(lán)寶石晶片清洗中常用的化學(xué)試劑和洗液主要有無(wú)機(jī)酸、氧化劑、絡(luò)合劑、雙氧水溶劑、有機(jī)溶劑、合成洗滌劑、電子清洗劑等七大類(lèi)
清洗設(shè)備?
??? ●超聲波清洗機(jī)??超聲波清洗機(jī)是微電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種清洗設(shè)備,?超聲波的清洗原理是:?在強(qiáng)烈的超聲波作用下(常用的超聲波頻率為20-40kHz),?清洗劑內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生疏部和密部,?疏部產(chǎn)生近乎真空的空穴,?當(dāng)空穴消失的瞬間,?其附近便產(chǎn)生強(qiáng)大的局部壓力,?使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂,?從而使藍(lán)寶石晶片表面的雜質(zhì)解吸。當(dāng)超聲波的頻率和空穴的振動(dòng)頻率共振時(shí),?機(jī)械作用力達(dá)到最大,?泡內(nèi)積聚的大量熱能,?使溫度升高,?促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。提高超聲波功率,?有利于促進(jìn)清洗效果。由于超聲波清洗機(jī)對(duì)于小于1μm的微小顆粒的去除效果并不太理想,?所以超聲波清洗機(jī)多用于清除藍(lán)寶石晶片表面附著的大塊污染顆粒。?
??? ●兆聲波清洗機(jī)??兆聲波清洗機(jī)不但保存了超聲波清洗機(jī)的優(yōu)點(diǎn),而且克服了超聲波清洗機(jī)的不足。兆聲波清洗的機(jī)理是:?通過(guò)高頻振動(dòng)效應(yīng),?對(duì)藍(lán)寶石晶片進(jìn)行清洗。在清洗時(shí),?由換能器發(fā)出波長(zhǎng)為1.5μm?頻率為0.8MH?z的高能聲波。溶液分子在這種聲波的推動(dòng)下作高速運(yùn)動(dòng),?最大瞬時(shí)速度可達(dá)到300?mm/s。因此形成不了超聲波清洗那樣的空穴,?只能形成高速的流體波連續(xù)沖擊晶片表面,?使藍(lán)寶石晶片表面附著的沾污和細(xì)小微粒被強(qiáng)制除去并進(jìn)入到清洗液中。兆聲波清洗拋光片可去掉晶片表面上小于0.2μm?的粒子,?起到超聲波起不到的作用。目前兆聲波清洗機(jī)已成為藍(lán)寶石晶片清洗的一種有效設(shè)備。?
??????? 可與蘇州華林科納半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)有限公司了解這兩款設(shè)備的詳細(xì)資料。
清洗環(huán)境??
??????? 整個(gè)藍(lán)寶石的加工環(huán)境對(duì)最終藍(lán)寶石晶片的表面質(zhì)量有很大的影響,對(duì)開(kāi)盒即用的藍(lán)寶石晶片,通常拋光、清洗需要在100級(jí)以下的凈化室中進(jìn)行,最后的凈化和封裝需要在10級(jí)的凈化臺(tái)中進(jìn)行。同時(shí)操作人員需要著防塵服,人員進(jìn)入凈化室要經(jīng)過(guò)風(fēng)淋處理。
清洗工藝??
??????? 針對(duì)開(kāi)盒即用藍(lán)寶石晶片的表面質(zhì)量要求,?根據(jù)上述的凈化原理,?對(duì)切割、磨削、研磨、拋光等不同工序的晶片清洗工藝進(jìn)行了優(yōu)化,?由于拋光后的清洗是最復(fù)雜的清洗,?也是要求最高的最后一道凈化工序,?清洗后就封裝,?交用戶(hù)進(jìn)行GaN?外延生長(zhǎng)。所以這里詳細(xì)分析拋光后藍(lán)寶石晶片的清洗方法,?拋光后的藍(lán)寶石晶片的具體清洗工藝和清洗劑的配方如下:?
??????? a?拋光后的藍(lán)寶石晶片在50℃-60℃的三氯乙烷中用兆聲波清洗15分鐘；?
???? ?? b?在20℃-25℃的丙酮中清洗2分鐘；?
???? ?? c?用去離子水流清洗2分鐘；??
????? ? d?在80℃-90℃的2號(hào)液（該清洗劑各組分的體積比是1:4:20）中，兆聲波清洗10分鐘；??
?????? ?e?用去離子水流清洗2分鐘；??
?????? ?f?擦藍(lán)寶石晶片（可用擦片機(jī)）；??
????? ? g?在90℃-95℃的1號(hào)液（該清洗劑各組分的體積比是1:5:30）中，兆聲波清洗10分鐘；??
????? ? h?用去離子水流清洗5分鐘；??
????? ? i?在100℃的硫酸和硝酸的混合溶液中（兩酸的體積比是1:1），浸泡10分鐘；?
????? ? j?用去離子水流清洗5分鐘；?
?????? ?k?甩干藍(lán)寶石晶片。
清洗效果??
??????? 根據(jù)上面優(yōu)化后的清洗工藝和清洗劑的配方,?對(duì)拋光后的2英寸藍(lán)寶石晶片凈化效果分析如下。具體的凈化試驗(yàn)條件是:晶片為?50.8?mm*0.3mm?藍(lán)寶石晶片;去離子水的電阻率為18?MΩ?cm;兆聲清洗機(jī)為HPQ?-?200?型;?藍(lán)寶石拋光機(jī)為日本產(chǎn)LMP-?36型;?顆粒檢測(cè)設(shè)備為激光檢測(cè)器LS?-?5000型;?藍(lán)寶石晶片表面微觀形貌由產(chǎn)自美國(guó)DI(Digital?Instruments)公司生產(chǎn)的Nanoscope?IIIA?型原子力顯微鏡(Atomic?Force?Microscope簡(jiǎn)稱(chēng)AFM?)檢測(cè)。對(duì)一組25片Φ50.8?mm的藍(lán)寶石晶片清洗,?然后進(jìn)行檢測(cè),?藍(lán)寶石晶片表面的最大顆粒長(zhǎng)度方向尺寸0.13μm,?顆?？倲?shù)最多為8個(gè)/片,?最少為2個(gè)/片。清洗后藍(lán)寶石拋光面的AFM?檢測(cè)結(jié)果反映其表面粗糙度Ra為0.275nm。
小結(jié)??
??????? 這里提出的藍(lán)寶石晶片凈化工藝和清洗劑的配方,?對(duì)藍(lán)寶石晶片進(jìn)行清洗,?能夠使表面微粒長(zhǎng)度尺寸小于0.13μm,?顆粒總數(shù)小于8個(gè)/片,?已經(jīng)滿(mǎn)足了GaN外延生長(zhǎng)的表面質(zhì)量要求。