一种适用于退火质子交换工艺的铌酸锂清洗方法与流程

本发明属于光纤传感领域，涉及一种芯片制造中的晶圆的清洗方法，具体涉及一种适用于退火质子交换工艺的铌酸锂清洗方法。

背景技术：

铌酸锂集成光学器件(又称y波导)是光纤陀螺的关键器件，用于实现光纤陀螺的闭环控制。y波导在铌酸锂衬底上集成了分束/合束、起偏/检偏和相位调制三项功能，在光纤陀螺中起3db分光、偏振控制和闭环反馈的作用。

相位调制功能是实现闭环反馈的重要一环。光纤陀螺要求y波导相位调制的精度高，以满足对角速度的高精度测量。晶圆清洗不净，将导致相位调制精度降低，产生闭环反馈误差，最终表现为光纤陀螺的死区、标度因数误差等不良影响。因此，如何做到有效去除杂质离子，是提升调制线性度的重要环节。

目前，退火质子交换法是制作铌酸锂相位调制器芯片的基本方法。基于退火质子交换法的芯片制作工艺主要包括：制备介质掩模、质子交换、退火、制备电极、切割衬底、端面抛光、耦合、老化、检查等步骤。在上述工艺过程中，交换和退火属于高温扩散过程，目的为驱使氢离子在铌酸锂晶格中发生，以获得与光纤匹配的模场形状。然而不仅氢离子发生迁移，衬底表面附着的杂质离子，尤其是金属离子，在高温的作用下，同时向衬底中扩散；金属离子引起相位调制器等效电路中电压特性的变化，降低了调制线性度。因此彻底清洗铌酸锂表面的金属残留等杂质，是提升调制精度的首要任务。

铌酸锂衬底表面的污染物分为有机物、无机固体颗粒物和金属杂质三大类。传统方法以丙酮、无水乙醇、铬酸清洗为主，流程如图1所示。无水乙醇和丙酮的功能是去除主要有机物和大颗粒物；铬酸洗液可进一步去除有机物，提升表面粘合力。该方案用于清洗退火质子交换铌酸锂衬底时，存在以下问题：1、不能有效去除直径小于0.5微米的颗粒物，残留在波导开口上阻碍了质子交换；2、铬酸洗液中的大量铬离子、钾离子残留在铌酸锂表面，导致杂质污染，降低了相位调制的精度。

技术实现要素：

本发明提供了一种适用于退火质子交换工艺的铌酸锂清洗方法，以克服现有技术的缺陷，本发明采用浓硫酸双氧水混合洗液替代铬酸洗液，避免了铬酸洗液中大量的金属离子杂质污染衬底，同时也达到去除有机污染物的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于退火质子交换工艺的铌酸锂清洗方法，在退火质子交换法制备铌酸锂相位调制器芯片的制备介质掩模工艺和质子交换工艺之间以及质子交换工艺和退火工艺之间增设彻底清洗晶圆工艺，所述彻底清洗晶圆工艺包括以下步骤：

s1：将晶圆置于浓硫酸双氧水洗液中浸泡；

s2：将s1处理后的晶圆置于无水乙醇中加热至50-70℃恒温保持5-10分钟，然后进行超声处理；

s3：将s2处理后的晶圆置于丙酮中加热至45-60℃恒温保持5-10分钟，然后进行超声处理；

s4：将s3处理后的晶圆置于rca一号洗液中加热至70-90℃恒温保持20-30分钟，然后进行兆声处理；

s5：将s4处理后的晶圆置于rca二号洗液中加热至70-90℃恒温处理20-30分钟；

s6：将s5处理后的晶圆采用去离子水兆声喷洒。

进一步地，s1中浓硫酸双氧水洗液为浓硫酸和双氧水按照体积比1:1～2:1混合而成。

进一步地，所述浓硫酸的质量分数为98％，双氧水的质量分数为30％。

进一步地，s2和s3中超声处理具体为：采用频率20～40khz的槽式超声波清洗机清洗5-10分钟。

进一步地，s4中rca一号洗液为质量分数为25％的氨水、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:5～1:2:10混合而成。

进一步地，s4中兆声处理具体为：采用频率1mhz的槽式兆声波清洗机清洗10-20分钟。

进一步地，s5中rca二号洗液为质量分数为37％的盐酸、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:5～1:2:10混合而成。

进一步地，s6中兆声喷洒具体为：使用频率1mhz兆声波喷头将去离子水直接喷洒到晶圆表面清洗。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用浓硫酸双氧水混合洗液替代铬酸洗液，避免了铬酸洗液中大量的金属离子杂质污染衬底，同时也达到去除有机污染物的目的；采用rca一号洗液，有效去除直径为亚微米量级的颗粒物；采用rca二号洗液，有效去除残留的微量金属离子杂质；采用兆声去离子水喷洒衬底表面，去除尺寸纳米量级的颗粒物；在质子交换和退火之前，分别彻底清洗衬底一次，保证了在高温扩散前，衬底表面不受颗粒物和金属杂质的玷污，提升了工艺质量，以实现提升产品性能的目的。

附图说明

图1为传统铌酸锂衬底的清洗流程；

图2为本发明整体清洗工艺流程图；

图3为本发明彻底清洗工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图2和图3，一种适用于退火质子交换工艺的铌酸锂清洗方法，在退火质子交换法制备铌酸锂相位调制器芯片的制备介质掩模工艺和质子交换工艺之间以及质子交换工艺和退火工艺之间增设彻底清洗晶圆工艺，所述彻底清洗晶圆工艺包括以下步骤：

s1：将晶圆置于浓硫酸双氧水洗液中浸泡，浓硫酸双氧水洗液为浓硫酸和双氧水按照体积比1:1～2:1混合而成，所述浓硫酸的质量分数为98％，双氧水的质量分数为30％；

s2：将s1处理后的晶圆置于无水乙醇中加热至50-70℃恒温保持5-10分钟，然后采用频率20～40khz的槽式超声波清洗机清洗5-10分钟；

s3：将s2处理后的晶圆置于丙酮中加热至45-60℃恒温保持5-10分钟，然后采用频率20～40khz的槽式超声波清洗机清洗5-10分钟；

s4：将s3处理后的晶圆置于rca一号洗液中加热至70-90℃恒温保持20-30分钟，然后采用频率1mhz的槽式兆声波清洗机清洗10-20分钟，其中rca一号洗液为质量分数为25％的氨水、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:5～1:2:10混合而成；

s5：将s4处理后的晶圆置于rca二号洗液中加热至70-90℃恒温处理20-30分钟，其中rca二号洗液为质量分数为37％的盐酸、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:5～1:2:10混合而成；

s6：将s5处理后的晶圆采用去离子水兆声喷洒，兆声喷洒具体是使用频率1mhz兆声波喷头将去离子水直接喷洒到晶圆表面清洗。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

s1：将晶圆置于浓硫酸双氧水洗液中浸泡，浓硫酸双氧水洗液为浓硫酸和双氧水按照体积比1:1混合而成，所述浓硫酸的质量分数为98％，双氧水的质量分数为30％；

s2：将s1处理后的晶圆置于无水乙醇中加热至50℃恒温保持10分钟，然后采用频率20khz的槽式超声波清洗机清洗10分钟；

s3：将s2处理后的晶圆置于丙酮中加热至45℃恒温保持10分钟，然后采用频率20khz的槽式超声波清洗机清洗10分钟；

s4：将s3处理后的晶圆置于rca一号洗液中加热至70℃恒温保持30分钟，然后采用频率1mhz的槽式兆声波清洗机清洗20分钟，rca一号洗液为质量分数为25％的氨水、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:5混合而成；

s5：将s4处理后的晶圆置于rca二号洗液中加热至70℃恒温处理30分钟，rca二号洗液为质量分数为37％的盐酸、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:5混合而成；

s6：将s5处理后的晶圆采用去离子水兆声喷洒，兆声喷洒具体是使用频率1mhz兆声波喷头将去离子水直接喷洒到晶圆表面清洗。

实施例2

s1：将晶圆置于浓硫酸双氧水洗液中浸泡，浓硫酸双氧水洗液为浓硫酸和双氧水按照体积比2:1混合而成，所述浓硫酸的质量分数为98％，双氧水的质量分数为30％；

s2：将s1处理后的晶圆置于无水乙醇中加热至70℃恒温保持5分钟，然后采用频率40khz的槽式超声波清洗机清洗5分钟；

s3：将s2处理后的晶圆置于丙酮中加热至60℃恒温保持5分钟，然后采用频率40khz的槽式超声波清洗机清洗5分钟；

s4：将s3处理后的晶圆置于rca一号洗液中加热至90℃恒温保持20分钟，然后采用频率1mhz的槽式兆声波清洗机清洗10分钟，rca一号洗液为质量分数为25％的氨水、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:2:10混合而成；

s5：将s4处理后的晶圆置于rca二号洗液中加热至90℃恒温处理20分钟，rca二号洗液为质量分数为37％的盐酸、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:2:10混合而成；

s6：将s5处理后的晶圆采用去离子水兆声喷洒，兆声喷洒具体是使用频率1mhz兆声波喷头将去离子水直接喷洒到晶圆表面清洗。

实施例3

s1：将晶圆置于浓硫酸双氧水洗液中浸泡，浓硫酸双氧水洗液为浓硫酸和双氧水按照体积比1.5:1混合而成，所述浓硫酸的质量分数为98％，双氧水的质量分数为30％；

s2：将s1处理后的晶圆置于无水乙醇中加热至60℃恒温保持8分钟，然后采用频率30khz的槽式超声波清洗机清洗8分钟；

s3：将s2处理后的晶圆置于丙酮中加热至50℃恒温保持8分钟，然后采用频率30khz的槽式超声波清洗机清洗8分钟；

s4：将s3处理后的晶圆置于rca一号洗液中加热至80℃恒温保持25分钟，然后采用频率1mhz的槽式兆声波清洗机清洗15分钟，rca一号洗液为质量分数为25％的氨水、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:8混合而成；

s5：将s4处理后的晶圆置于rca二号洗液中加热至80℃恒温处理25分钟，rca二号洗液为质量分数为37％的盐酸、质量分数为30％的双氧水以及去离子水按照体积比1:1:8混合而成；

s6：将s5处理后的晶圆采用去离子水兆声喷洒，兆声喷洒具体是使用频率1mhz兆声波喷头将去离子水直接喷洒到晶圆表面清洗。