一种以抛代洗的蓝宝石衬底晶片表面洁净方法
【专利摘要】本发明涉及一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，先通入氧化液清洗有机物，再通入活性剂加螯合剂的混合清洗液去除颗粒及金属离子，最后通入去离子水进行清洗。本发明所提供的清洗方法清洗液中不含强酸与强碱成分，环保，无污染，对技术操作人员也无危害，清洗后表面赃污数量低于业内要求的300以内，达到或超过业内要求水准；清洗效率较高，可以达到98%以上，节约了清洗时间，也免去了清洗设备的使用，提高了工业化生产能力并降低了生产成本。
【专利说明】—种以抛代洗的蓝宝石衬底晶片表面洁净方法
【技术领域】
[0001]本发明属于CMP后晶片表面的洁净技术，尤其涉及一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]作为继S1、GaAs之后的第三代半导体材料的GaN，无疑成为LED芯片制造产业发展进程中的里程碑，目前大力发展氮化镓基LED发光材料已经成为进年来的照明产业发展的趋势和重点。由于GaN很难制备体材料，必须在其它衬底材料上生长薄膜，因此对于GaN基的LED芯片的制造，衬底的选择是首要考虑的因素。GaN的衬底材料有多种，包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镁、氧化锌等，在众多材料中，蓝宝石衬底材料成为成本和工艺可行性的首选材料。目前随着节能减排及绿色能源的再次提出，作为制作发光器件衬底的蓝宝石晶片加工成为人们研究的焦点。
[0004]蓝宝石衬底晶片材料是由最初的三氧化二铝颗粒转化为光滑的薄晶片，整个过程中经过长晶、掏棒、切片、退火、研磨、抛光等几十道工序，每经过一次工序的加工，蓝宝石衬底晶片都进行了一次加工污染，因此蓝宝石衬底晶片材料的每个加工程序后都需要进行清洗，而且每步的清洗结果都直接影响下一步的加工工序的难度，影响着产品质量的提高。尤其作为表面处理技术之一的抛光后表面洁净技术尤其重要。
[0005]目前蓝宝石衬底批量生产后晶片表面能量高、表面张力大、残留抛光液分布不均、沾污金属离子和残存颗粒等现象都有出现。从而降低了蓝宝石衬底晶片的成品率，进而影响后续器件的加工。
[0006]化学机械抛光后蓝宝石晶片表面的污染主要有残留抛光液、磨料颗粒以及其它颗粒、有机物和金属离子污染等几大污染，所以蓝宝石衬底材料抛光后的清洗一般按以上三大类来进行。
[0007]目前蓝宝石衬底的清洗方法有很多，如传统的RCA清洗、超声清洗、兆声清洗、机械擦洗以及旋转喷淋清洗、等离子体清洗、激光束清洗等。清洗技术发展至今，但通常适用于工业生产的还是传统溶液浸泡来进行清洗，一般步骤多，消耗化学品和去离子水也多，且强酸、强碱、强氧化剂的使用不但操作危险，且易挥发造成环境污染，以及对操作人员身体造成伤害等。
[0008]中国专利公布号CN102632055A，公布日2012年8月15日，名称为一种蓝宝石衬底的清洗方法，该申请案公开了一种蓝宝石衬底的清洗方法，将经过除有机杂质、无机金属杂质清洗后的蓝宝石衬底材料在电子纯的有机溶剂中兆声波清洗，用电子级超纯水清洗，用氨水、过氧化氢、水组成的混合液清洗，用强酸清洗。其不足之处在于，所用清洗方法中消耗化学品和去离子水多，且强酸的使用不但操作危险且易挥发造成环境污染。
[0009]
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于为了解决现有蓝宝石清洗技术步骤多，消耗化学品和去离子水多，且强酸、强碱、强氧化剂的使用不但操作危险，且易挥发造成环境污染，以及对操作人员身体造成伤害的缺陷而提供一种环保、降低成本、保护操作人员的以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法。
[0011]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，所述表面洁净方法包括以下步骤:
a)蓝宝石衬底材料在抛光工序结束抛光后，将氧化液通入抛光机进行二次抛光，压力为0.05-0.1MPa，流量500-700mL/min，抛光时间为120_150s ;所述氧化液中的有效成分为电解金刚石膜所得的阳极强氧化液；
b)再将螯合剂与表面活性剂配制成的清洗液通入抛光机进行再次抛光，压力为0.05-0.1MPa，流量为 500-700mL/min，抛光时间为 120_150s ；
c)最后通入去离子水进行水抛，压力位0.04-0.06MPa，流量为900-1200mL/min，时间120-180s ；
d )将清洗完的蓝宝石衬底材料从抛光机内取出，在甩干机内通入氮气甩干、吹干。
[0012]在本技术方案中，在抛光后将通入的抛光液停止，更改为通入氧化液与清洗液，同时改变相应的压力、转速与氧化液与清洗液流量即可进行抛光后蓝宝石晶片的清洗。主要是由于假如蓝宝石晶片抛光时磨料浓度较高，抛光后抛光液残留严重，且抛光后搁置较长时间后再清洗，会导致抛光液磨料以及抛光液成分残留在晶片表面，并由物理吸附转化为化学吸附的形式吸附在表面，使得清洗难度增加。要注意的是抛光液所通的管路与氧化液或清洗液所通的管路要分开，独立使用。
[0013]通入氧化液清洗有机物，再通入活性剂加螯合剂的混合清洗液去除颗粒及金属离子，是因为表面活性剂是一种有机溶剂，且清洗液中浓度较低，因此在抛光的动态清洗过程中，完全的溶解，并不会对蓝宝石晶片表面造成新的有机污染。依靠晶片与抛光布的接触，施加压力、转速来旋转摩擦，同时依靠清洗液中氧化液的强氧化作用，表面活性剂的渗透、润湿等作用，以及螯合剂的金属离子络合作用，可分别将有机物氧化分解，将颗粒解析以及残留抛光液从表面脱离，金属离子螯合成可溶于水的螯合产物，这些反应后的产物都可随着抛头与抛光盘的旋转过程甩出去，达到清洗的目的，提高了清洗效率，也提高了蓝宝石衬底晶片表面质量。
[0014]作为优选，步骤a)所用氧化液中电解金刚石膜所得的阳极强氧化液的体积分数为10-20%。在本技术方案中，氧化液的有效成分为电解金刚石膜所得的阳极强氧化液，电解过程中在阳极电解槽加入无机磷酸盐，在阳极上会发生氧化反应生成过氧焦磷酸盐，使得溶液的氧化性大大的增强，使大多数有机污染物都能被分解成二氧化碳和水，该氧化液对金属杂质的去除也有一定效果，这是因为过氧焦磷酸盐被还原成的焦磷酸盐具有很强的络合力，它能与铜等金属离子络合，清洗过程中有机物分解后可以及时的随着旋转的过程甩出去，避免造成二次污染。
[0015]作为优选，步骤b)中，螯合剂在清洗液中所占体积分数为1-1.5%。，表面活性剂在清洗液中所占体积分数为1.5-2%。，溶剂为去离子水。在本技术方案中，表面活性剂不可加入过多，过多会有大量泡沫出现，这样反而不利于清洗，故表面活性剂在清洗液中所占体积分数为1.5-2%。；螯合剂主要是去除金属离子，因为抛光过程中是流动清洗，不需要加入太多，故螯合剂在清洗液中所占体积分数为1-1.5%。。
[0016]作为优选，表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。在本技术方案中，脂肪醇聚氧乙烯醚为非离子表面活性剂，在抛光过程中可以很快的均匀分布于晶片表面，且可以轻易通过渗透作用，使颗粒与晶片表面解析，并通过润湿作用形成致密保护膜，防止颗粒再次吸附，且此表面活性剂可以使清洗液中螯合剂对材料表面的微腐蚀作用更加均匀，降低了表面粗糙度。
[0017]作为优选，螯合剂为市售的FA/0型螯合剂。
[0018]作为优选，去离子水为电子级超纯水。
[0019]本发明的有益效果是:
1)本发明先通入氧化液清洗有机物，再通入活性剂加螯合剂的混合清洗液去除颗粒及金属离子，提高了清洗效率，也提高了蓝宝石衬底晶片表面质量；
2)本发明通入去离子水进行清洗，充分结合了机械擦洗与去离子水冲洗的作用效果，其中去离子水为电子级超纯水，可进一步去除清洗后反应产物，避免污染，清洗效率显著提闻;
3)本发明所提供的清洗方法清洗液中不含强酸与强碱成分，环保，无污染，对技术操作人员也无危害，清洗后表面赃污数量低于业内要求的300以内，达到或超过业内要求水准；清洗效率较高，可以达到98%以上，节约了清洗时间，也免去了清洗设备的使用，提高了工业化生产能力并降低了生产成本。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]以下结合具体实施例，对本发明做进一步的解释:
本发明所用螯合剂为市售FA/0型螯合剂；表面活性剂为市售非离子型表面活性剂； 实施例1
一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，所述表面洁净方法包括以下步骤:
a)蓝宝石衬底材料在抛光工序结束抛光后，将氧化液通入抛光机进行二次抛光，压力为0.05MPa，流量500mL/min，抛光时间为150s ;所述氧化液中的有效成分为电解金刚石膜所得的阳极强氧化液，阳极强氧化液在氧化液中的体积分数为10% ；
b)再将FA/0型螯合剂与非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚配制成的清洗液通入抛光机进行再次抛光，压力为0.05MPa，流量为500mL/min，抛光时间为150s ；FA/0型螯合剂在清洗液中所占体积分数为1%。，非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚在清洗液中所占体积分数为1.5%0 ；
c)最后通入去离子水进行水抛，压力位0.04MPa,流量为900mL/min,时间150s ； d )将清洗完的蓝宝石衬底材料从抛光机内取出，在甩干机内通入氮气甩干、吹干。
[0022]
实施例2
一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，所述表面洁净方法包括以下步骤:
a)蓝宝石衬底材料在抛光工序结束抛光后，将氧化液通入抛光机进行二次抛光，压力为0.08MPa，流量600mL/min，抛光时间为130s ;所述氧化液中的有效成分为电解金刚石膜所得的阳极强氧化液，阳极强氧化液在氧化液中的体积分数为15% ；
b)再将FA/0型螯合剂与非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚配制成的清洗液通入抛光机进行再次抛光，压力为0.08MPa,流量为600mL/min，抛光时间为130s ；FA/0型螯合剂在清洗液中所占体积分数为1.2%。，非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚在清洗液中所占体积分数为1.8%。；
c)最后通入去离子水进行水抛，压力位0.05MPa，流量为1000mL/min，时间120s ； d )将清洗完的蓝宝石衬底材料从抛光机内取出，在甩干机内通入氮气甩干、吹干。
[0023]
实施例3
一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，所述表面洁净方法包括以下步骤:
a)蓝宝石衬底材料在抛光工序结束抛光后，将氧化液通入抛光机进行二次抛光，压力为0.1MPa，流量700mL/min，抛光时间为120s ;所述氧化液中的有效成分为电解金刚石膜所得的阳极强氧化液，阳极强氧化液在氧化液中的体积分数为20% ；
b)再将FA/0型螯合剂与非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚配制成的清洗液通入抛光机进行再次抛光，压力为0.1MPa，流量为700mL/min，抛光时间为120s ；FA/0型螯合剂在清洗液中所占体积分数为1.5%。，非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚在清洗液中所占体积分数为2%0 ；
c)最后通入去离子水进行水抛，压力位0.06MPa,流量为1200mL/min,时间180s ； d )将清洗完的蓝宝石衬底材料从抛光机内取出，在甩干机内通入氮气甩干、吹干。
[0024]通过本发明的清洗方法，使得清洗的难度降低，且清洗的效果显著增加；清洗液成分温和，因此清洗后的表面粗糙度低，可达到0.2nm以下，无蚀图出现；且清洗液中不含强酸与强碱成分，环保，无污染，对技术操作人员也无危害，清洗后表面赃污数量低于业内要求的300以内，达到或超过业内要求水准；清洗效率较高，可以达到98%以上，节约了清洗时间，也免去了清洗设备的使用,提高了工业化生产能力并降低了生产成本。
【权利要求】
1.一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，其特征在于，所述表面洁净方法包括以下步骤: a)蓝宝石衬底材料在抛光工序结束抛光后，将氧化液通入抛光机进行二次抛光，压力为0.05-0.1MPa，流量500-700mL/min，抛光时间为120_150s ;所述氧化液中的有效成分为电解金刚石膜所得的阳极强氧化液； b)再将螯合剂与表面活性剂配制成的清洗液通入抛光机进行再次抛光，压力为0.05-0.1MPa，流量为 500-700mL/min，抛光时间为 120_150s ； c)最后通入去离子水进行水抛，压力位0.04-0.06MPa，流量为900-1200mL/min，时间120-180s ； d )将清洗完的蓝宝石衬底材料从抛光机内取出，在甩干机内通入氮气甩干、吹干。
2.根据权利要求1所述的一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，其特征在于，步骤a)所用氧化液中电解金刚石膜所得的阳极强氧化液的体积分数为10-20%。
3.根据权利要求1所述的一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，其特征在于，步骤b)中，螯合剂在清洗液中所占体积分数为1-1.5%。，表面活性剂在清洗液中所占体积分数为1.5-2%。,溶剂为去离子水。
4.根据权利要求1或3所述的一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，其特征在于，表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
5.根据权利要求1或3所述的一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，其特征在于，螯合剂为市售的FA/0型螯合剂。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种以抛代洗的蓝宝石衬底材料表面洁净方法，其特征在于，去离子水为电子级超纯水。
【文档编号】B24B29/02GK103521474SQ201310362887
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】郑伟艳, 曾锡强 申请人:曾锡强