一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法

摘要

本发明涉及碳化硅加工技术领域，具体公开一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法。本发明提供的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，创造性地构建了金属离子含量与清洗液中有效组分比例的计算公式，通过该计算公式可以动态监测清洗液的清洗能力，从而及时对清洗液中有效组分比例进行调整，有利于达到更好的清洗效果，提高清洗效率，延长清洗液的使用寿命，避免不合格碳化硅衬底返工清洗以及清洗液未达到使用寿命，提前更换造成清洗液浪费问题的出现，对于降低碳化硅衬底的生产成本，提高生产效率具有十分重要的意义，推广应用价值较高。

权利要求

1.一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a，将碳化硅衬底浸入第一清洗液中进行清洗，清洗结束后用去离子水冲洗，得初级清洗碳化硅衬底；所述第一清洗液为氨水、双氧水和去离子水的混合液；

步骤b，将所述初级清洗碳化硅衬底浸入第二清洗液中进行清洗，清洗结束后用去离子水冲洗，得洁净碳化硅衬底；所述第二清洗液为盐酸、双氧水和去离子水的混合液；

清洗结束后，对碳化硅衬底表面的金属离子含量进行检测，根据如下公式评价所述第一清洗液的清洗能力：‑11

y1=0.415+1.768×10 x1；

其中，所述x1为所测铬离子、镍离子、铜离子、锌离子、银离子、金离子和汞离子含量的最大值，y1为所述第一清洗液中氨水与双氧水的体积比；

2 2

若x1≤5E+9 atoms/cm，则所述第一清洗液的清洗能力良好；若5E+9 atoms/cm

+10 atoms/cm ，则调节所述第一清洗液中氨水与双氧水的体积比为y1；若x1＞3E+10 2

atoms/cm，则需要更换新的第一清洗液；

根据如下公式评价所述第二清洗液的清洗能力：‑11

y2=0.409+1.895×10 x2；

其中，所述x2为所测钾离子、钠离子、铝离子、锰离子、铁离子、钙离子和镁离子含量的最大值，y2为所述第二清洗液中盐酸与双氧水的体积比；

2 2

若x2≤5E+9 atoms/cm，则所述第二清洗液的清洗能力良好；若5E+9 atoms/cm

+10 atoms/cm ，则调节所述第二清洗液中盐酸与双氧水的体积比为y2；若x2＞3E+10 2

atoms/cm，则需要更换新的第二清洗液。

2.如权利要求1所述的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，其特征在于，所述第一清洗液中氨水、双氧水和去离子水的体积比1:2:7 1:1:3。

~

3.如权利要求1所述的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，其特征在于，步骤a中，清洗温度为65℃ 75℃，每批碳化硅衬底的清洗时间为750s 850s。

~ ~

4.如权利要求1所述的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，其特征在于，所述第二清洗液中盐酸、双氧水和去离子水的体积比1:2:32 1:1:15。

~

5.如权利要求1所述的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，其特征在于，步骤b中，清洗温度为65℃ 75℃，每批碳化硅衬底的清洗时间为750s 850s。

~ ~

6.如权利要求1所述的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，其特征在于，步骤a和步骤b中，检测碳化硅衬底表面的金属离子含量的频次为每隔3 7批检测一次。

~

7.如权利要求1所述的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，其特征在于，步骤a和步骤b中，采用电感耦合等离子体质谱仪检测所述碳化硅衬底表面的金属离子含量。

说明书

一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法

技术领域

[0001] 本发明涉及碳化硅加工技术领域，尤其涉及一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法。

背景技术

[0002] 碳化硅(SiC)作为一种典型的第三代半导体材料，与硅、砷化镓等传统半导体材料相比，具有禁带宽度大、电子迁移率高、临界击穿场强高、热导率高等优异的物理特性，因此，被广泛应用于大功率和高温电子器件等领域。在碳化硅晶片加工过程中，会不可避免的引入各种有机物、颗粒、金属等杂质，而在半导体制造过程中，碳化硅表面痕量金属离子的残留会导致晶体产生缺陷，如点缺陷、线缺陷等，导致能带结构改变，进而损害半导体器件的电学性能和长期可靠性，降低器件的成品率，因此，为了保证器件的成品率和性能，对其表面的金属离子进行清洗至关重要。

[0003] SiC衬底的终端清洗效果直接影响下游器件的电学性能和长期可靠性，金属离子残留检测是验证终端清洗效果的有效方式之一，通过监控SiC衬底表面痕量金属残留可以及时掌握衬底终端的清洗效果。目前，多数生产线都是在发现SiC衬底表面的金属离子残留超标后再进行清洗液的更换，或者为了避免金属离子残留超标直接设定清洗液的使用批次，提前更换清洗液，导致清洗成本增加，清洗液浪费。因此，寻找一种可以精准监测清洗液的清洗能力的方法，以及时更换或者调整清洗液的成分，充分利用清洗液，降低清洗成本，具有十分重要的意义。

发明内容

[0004] 针对现有碳化硅衬底表面金属离子的清洗方法存在的不能及时监测清洗液的清洗能力，造成碳化硅衬底需要返工重新清洗，或者清洗液提前更换，造成清洗液浪费的问题，本发明提供一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

[0006] 一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，包括以下步骤：

[0007] 步骤a，将碳化硅衬底浸入第一清洗液中进行清洗，清洗结束后用去离子水冲洗，得初级清洗碳化硅衬底；所述第一清洗液为氨水、双氧水和去离子水的混合液；

[0008] 步骤b，将所述初级清洗碳化硅衬底浸入第二清洗液中进行清洗，清洗结束后用去离子水冲洗，得洁净碳化硅衬底；所述第二清洗液为盐酸、双氧水和去离子水的混合液；

[0009] 清洗结束后，对碳化硅衬底表面的金属离子含量进行检测，根据如下公式评价所述第一清洗液的清洗能力：

[0010] y1=0.415+1.768×10‑11x1；

[0011] 其中，所述x1为所测铬离子、镍离子、铜离子、锌离子、银离子、金离子和汞离子含量的最大值，y1为所述第一清洗液中氨水与双氧水的体积比；

[0012] 若x1≤5E+9 atoms/cm2，则所述第一清洗液的清洗能力良好；若5E+9 atoms/cm2<2
x1≤3E+10 atoms/cm，则调节所述第一清洗液中氨水与双氧水的体积比为y1；若x1＞3E+10 
2
atoms/cm，则需要更换新的第一清洗液；

[0013] 根据如下公式评价所述第二清洗液的清洗能力：

[0014] y2=0.409+1.895×10‑11x2；

[0015] 其中，所述x2为所测钾离子、钠离子、铝离子、锰离子、铁离子、钙离子和镁离子含量的最大值，y2为所述第二清洗液中盐酸与双氧水的体积比；

[0016] 若x2≤5E+9 atoms/cm2，则所述第二清洗液的清洗能力良好；若5E+9 atoms/cm2<2
x2≤3E+10 atoms/cm，则调节所述第二清洗液中盐酸与双氧水的体积比为y2；若x2＞3E+10 
2
atoms/cm，则需要更换新的第二清洗液。

[0017] 为了进一步提高测量的准确度，步骤a中和步骤b中金属离子含量分别测量三次，取三次的平均值作为x1和x2测量值，然后分别代入对应的计算公式，评价第一清洗液和第二清洗液的清洗能力。

[0018] 相对于现有技术，本发明提供的去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，创造性地构建了金属离子含量与清洗液中有效组分比例的计算公式，通过该计算公式可以动态监测清洗液的清洗能力，从而及时对清洗液中有效组分比例进行调整，有利于达到更好的清洗效果，提高清洗效率，延长清洗液的使用寿命，避免不合格碳化硅衬底返工清洗以及清洗液未达到使用寿命，提前更换造成清洗液浪费问题的出现，对于降低碳化硅衬底的生产成本，提高生产效率具有十分重要的意义，推广应用价值较高。

[0019] 进一步地，所述第一清洗液中氨水、双氧水和去离子水的体积比1:2:7 1:1:3。~

[0020] 进一步地，所述第一清洗液中检测的金属离子包括铬离子、镍离子、铜离子、锌离子、银离子、金离子和汞离子。

[0021] 需要说明的是，上述各金属离子指的是由于氨水和双氧水以氧化和微刻蚀去除碳化硅衬底金属污染所产生的各种价态的铬离子、镍离子、铜离子、锌离子、银离子、金离子和汞离子。

[0022] 进一步地，步骤a中，清洗温度为65℃ 75℃，每批碳化硅衬底的清洗时间为750s~ ~850s。

[0023] 进一步地，所述第二清洗液中盐酸、双氧水和去离子水的体积比1:2:32 1:1:15。~

[0024] 进一步地，所述第二清洗液中检测的金属离子包括钾离子、钠离子、铝离子、锰离子、铁离子、钙离子和镁离子。

[0025] 需要说明的是，上述各金属离子指的由盐酸和双氧水溶解、氧化碳化硅衬底表面金属所产生的各种价态的钾离子、钠离子、铝离子、锰离子、铁离子、钙离子和镁离子。

[0026] 进一步地，步骤b中，清洗温度为65℃ 75℃，每批碳化硅衬底的清洗时间为750s~ ~850s。

[0027] 进一步地，步骤a和步骤b中，检测所述第一清洗液和所述第二清洗液中金属离子含量的频次为每隔3 7批检测一次。~

[0028] 需要说明的是，在清洗前期，清洗液的清洗能力一般较高，因此，清洗前期检测金属离子含量的批次可以延长，例如清洗7批或者5批以后进行检测，清洗中后期清洗液的清洗能力逐渐降低，清洗能力不稳定，可以缩短检测频次，例如每隔3 4批检测一次，甚至，在~检测后期可以每一清洗批次都检测一次。

[0029] 进一步地，步骤a和步骤b中，采用电感耦合等离子体质谱仪检测所述第一清洗液和所述第二清洗液中金属离子含量。

[0030] 与现有技术相比，本技术方案的有益效果在于：采用本发明提供的碳化硅衬底的清洗方法，可以快速准确地对清洗液的清洗能力进行判断，从而有利于及时调整清洗液的成分，保证清洗效果，减少返工时长，降低返工成本和清洗液的浪费，对于提高碳化硅衬底的生产效率和降低生产成本能起到积极地推进作用，在碳化硅衬底生产领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0032] 本发明实施例提供一种去除碳化硅衬底表面金属离子的动态清洗方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤a，将碳化硅衬底浸入第一清洗液中进行清洗，清洗结束后用去离子水冲洗，得初级清洗碳化硅衬底；所述第一清洗液为氨水、双氧水和去离子水的混合液；

[0034] 清洗结束后，对碳化硅衬底表面的金属离子含量进行检测，根据如下公式评价所述第一清洗液的清洗能力：

[0035] y1=0.415+1.768×10‑11x1；

[0036] 其中，所述x1为所测金属离子含量的最大值，y1为所述第一清洗液中氨水与双氧水的体积比；

[0037] 若x1≤5E+9 atoms/cm2，则所述第一清洗液的清洗能力良好；若5E+9 atoms/cm2<2
x1≤3E+10 atoms/cm，则调节所述第一清洗液中氨水与双氧水的体积比为y1；若x1＞3E+10 
2
atoms/cm，则需要更换新的第一清洗液；

[0038] 步骤b，将所述初级清洗碳化硅衬底浸入第二清洗液中进行清洗，清洗结束后用去离子水冲洗，得洁净碳化硅衬底；所述第二清洗液为盐酸、双氧水和去离子水的混合液；

[0039] 清洗结束后，对碳化硅衬底表面的金属离子含量进行检测，根据如下公式评价所述第二清洗液的清洗能力：

[0040] y2=0.409+1.895×10‑11x2；

[0041] 其中，所述x2为所测金属离子含量的最大值，y2为所述第二清洗液中盐酸与双氧水的体积比；

[0042] 若x2≤5E+9 atoms/cm2，则所述第二清洗液的清洗能力良好；若5E+9 atoms/cm2<2
x2≤3E+10 atoms/cm，则调节所述第二清洗液中盐酸与双氧水的体积比为y2；若x2＞3E+10 
2
atoms/cm，则需要更换新的第二清洗液。

[0043] 通过检测清洗液中金属离子的含量，根据上述公式判断在线清洗工艺的清洗效果，及时对终端清洗工艺在线优化配比，可在第一时间调控清洗液的清洗效果，减少因工艺不稳定导致的清洗事故，同时通过在线优化清洗液配比，对清洗工艺进行动态调控，可有效延长清洗液的使用寿命，降低成本，提高生产效率。

[0044] 为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。

[0045] 实施例

[0046] 采用如下工艺对碳化硅衬底表面进行金属离子的清洗：

[0047] SC1清洗液的制备：将3.5L氨水、7L双氧水和24.5L去离子水（体积比为1:2:7）混合均匀，得SC1清洗液。

[0048] SC2清洗液的制备：将1L浓盐酸、2L氨水和32L去离子水（体积比1:2:32）混合均匀，得SC2清洗液。

[0049] 将碳化硅衬底浸入SC1清洗液中进行清洗，清洗温度70℃，清洗时间为750s，清洗结束后，用去离子水冲洗；然后将碳化硅衬底浸入SC2清洗液中，清洗温度70℃，清洗时间为750s，清洗结束后，用去离子水冲洗，完成一个批次碳化硅衬底的清洗。

[0050] 在SC1清洗以及去离子水冲洗结束后，将碳化硅衬底甩干，采用电感耦合等离子体质谱仪碳化硅衬底表面进行金属离子残留采样收集测试；并在SC2清洗以及去离子水冲洗结束后，将碳化硅衬底甩干，采用电感耦合等离子体质谱仪碳化硅衬底表面进行金属离子残留采样收集测试。所测样品对应的清洗液的清洗批次如表1所示。

[0051] 表1

[0052]

[0053] 各实施例中金属离子含量的测试结果如表2所示。

[0054] 表2

[0055]

[0056] （1）实施例1中，所检测的金属离子中Zn离子和Ca离子的含量最高，最高值为5.00E2
+9 atoms/cm，证明实施例1中清洗第3批时，SC1和SC2的清洗能力较好，可以继续使用。

[0057] （2）实施例2中，检测金属离子残留含量中，SC1系列中Zn离子含量最高，最高值为2 2
3.00E+10 atoms/cm，SC2系列中Mg离子最高，最高值为5.00E+9 atoms/cm，说明SC1清洗液需要进行工艺调整，而SC2清洗液清洗能力较高，可以继续使用。

[0058] 将SC1系列的Zn离子含量代入y1=0.415+1.768×10‑11x1中，得到y1=0.95，初始配比中氨水为3.5L，双氧水为7L，根据需要调整后氨水与双氧水的体积比为0.95，增加3.15L氨水，调整后SC1清洗液继续用于碳化硅衬底的清洗。

[0059] （3）实施例3中，检测金属离子残留含量中，SC1系列中Cu离子含量最高，最高值为2 2
5.00E+9 atoms/cm，SC2系列中Mg离子含量最高，最高值为3.00E+10 atoms/cm ，说明SC1清洗液清洗能力较高，可以继续使用，而SC2清洗液需要进行工艺调整。

[0060] 将SC2系列的Mg离子含量代入y2=0.409+1.895×10‑11x2中，得到y1=0.98，初始配比中盐酸为1L，双氧水为2L，根据需要调整后盐酸与双氧水的体积比为0.98，增加0.96L盐酸，调整后SC2清洗液继续用于碳化硅衬底的清洗。

[0061] （4）实施例4中，检测金属离子残留含量中，SC1系列中Zn离子含量最高，最高值为2 2
1.75E+10 atoms/cm ，SC2系列中Ca离子含量最高，最高值为1.75E+10 atoms/cm，说明SC1清洗液和SC2清洗液均需要进行工艺调整。

[0062] 将SC1系列的Zn离子含量代入y1=0.415+1.768×10‑11x1中，得到y1=0.72，初始配比中氨水为3.5L，双氧水为7L，根据需要调整后氨水与双氧水的体积比为0.72，增加1.54L氨水，调整后SC1清洗液继续用于碳化硅衬底的清洗。

[0063] 将SC2系列的Mg离子含量代入y2=0.409+1.895×10‑11x2中，得到y1=0.74，初始配比中盐酸为1L，双氧水为2L，根据需要调整后盐酸与双氧水的体积比为0.74，增加0.48L盐酸，调整后SC2清洗液继续用于碳化硅衬底的清洗。

[0064] （5）实施例5中，检测金属离子残留含量中，SC1系列中Cu离子含量最高，最高值为2 2
3.01E+10 atoms/cm ，SC2系列中Ca离子含量最高，最高值为3.01E+10 atoms/cm，说明SC1清洗液和SC2清洗液清洗能力均不能满足终端清洗要求，需要更换新的清洗液。

[0065] 对实施例2、实施例3和实施例4中清洗液按照要求进行调整后，分别对碳化硅衬底进行清洗，SC1的清洗温度为70℃，清洗时间为750s，SC2的清洗温度为70℃，清洗时间为750s，清洗结束后再使用电感耦合等离子体质谱仪对清洗后的碳化硅衬底进行表面痕量金属离子残留采样收集测试，结构如表3所示。

[0066] 表3

[0067]

[0068] 由上表可知，将实施例2 实施例4的SC1、SC2清洗液按照本发明提供的方法进行调~2
整后，再次对碳化硅衬底进行清洗后，所有金属离子残留均能控制在5.00E+9 atoms/cm以下，证明调整后清洗液的清洗能力较好，可以继续使用。

[0069] 综上所述，本发明提供的碳化硅衬底的清洗方法，可以及时根据清洗液的清洗能力对清洗工艺进行调整，通过及时在线优化配比，保证清洗液的清洗效果，延长清洗液的使用寿命，避免清洗液的浪费，同时，还能降低返工成本，有效提高碳化硅衬底的生产效率，实用价值较高。

[0070] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。