????????藍寶石晶片的凈化包括清洗方式、清洗劑的配方、清洗設備、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, 目前濕式清洗在藍寶石晶片表面凈化中仍處于主導地位。下面主要就藍寶石晶片的濕式清洗的清洗劑性質、清洗設備、清洗環(huán)境分別闡述。????
清洗劑的性質??
??????? 清洗劑的去污能力,?對濕式清洗的清洗效果有決定性的影響,?根據(jù)藍寶石晶片清洗目的和要求,?選擇適當?shù)那逑磩┦菨袷角逑吹氖滓襟E。藍寶石晶片清洗中常用的化學試劑和洗液主要有無機酸、氧化劑、絡合劑、雙氧水溶劑、有機溶劑、合成洗滌劑、電子清洗劑等七大類
清洗設備?
??? ●超聲波清洗機??超聲波清洗機是微電子工業(yè)中廣泛應用的一種清洗設備,?超聲波的清洗原理是:?在強烈的超聲波作用下(常用的超聲波頻率為20-40kHz),?清洗劑內部會產(chǎn)生疏部和密部,?疏部產(chǎn)生近乎真空的空穴,?當空穴消失的瞬間,?其附近便產(chǎn)生強大的局部壓力,?使分子內的化學鍵斷裂,?從而使藍寶石晶片表面的雜質解吸。當超聲波的頻率和空穴的振動頻率共振時,?機械作用力達到最大,?泡內積聚的大量熱能,?使溫度升高,?促進化學反應的發(fā)生。提高超聲波功率,?有利于促進清洗效果。由于超聲波清洗機對于小于1μm的微小顆粒的去除效果并不太理想,?所以超聲波清洗機多用于清除藍寶石晶片表面附著的大塊污染顆粒。?
??? ●兆聲波清洗機??兆聲波清洗機不但保存了超聲波清洗機的優(yōu)點,而且克服了超聲波清洗機的不足。兆聲波清洗的機理是:?通過高頻振動效應,?對藍寶石晶片進行清洗。在清洗時,?由換能器發(fā)出波長為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下作高速運動,?最大瞬時速度可達到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,?使藍寶石晶片表面附著的沾污和細小微粒被強制除去并進入到清洗液中。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。目前兆聲波清洗機已成為藍寶石晶片清洗的一種有效設備。?
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清洗環(huán)境??
??????? 整個藍寶石的加工環(huán)境對最終藍寶石晶片的表面質量有很大的影響,對開盒即用的藍寶石晶片,通常拋光、清洗需要在100級以下的凈化室中進行,最后的凈化和封裝需要在10級的凈化臺中進行。同時操作人員需要著防塵服,人員進入凈化室要經(jīng)過風淋處理。
清洗工藝??
??????? 針對開盒即用藍寶石晶片的表面質量要求,?根據(jù)上述的凈化原理,?對切割、磨削、研磨、拋光等不同工序的晶片清洗工藝進行了優(yōu)化,?由于拋光后的清洗是最復雜的清洗,?也是要求最高的最后一道凈化工序,?清洗后就封裝,?交用戶進行GaN?外延生長。所以這里詳細分析拋光后藍寶石晶片的清洗方法,?拋光后的藍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?擦藍寶石晶片（可用擦片機）；??
????? ? g?在90℃-95℃的1號液（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,?對拋光后的2英寸藍寶石晶片凈化效果分析如下。具體的凈化試驗條件是:晶片為?50.8?mm*0.3mm?藍寶石晶片;去離子水的電阻率為18?MΩ?cm;兆聲清洗機為HPQ?-?200?型;?藍寶石拋光機為日本產(chǎn)LMP-?36型;?顆粒檢測設備為激光檢測器LS?-?5000型;?藍寶石晶片表面微觀形貌由產(chǎn)自美國DI(Digital?Instruments)公司生產(chǎn)的Nanoscope?IIIA?型原子力顯微鏡(Atomic?Force?Microscope簡稱AFM?)檢測。對一組25片Φ50.8?mm的藍寶石晶片清洗,?然后進行檢測,?藍寶石晶片表面的最大顆粒長度方向尺寸0.13μm,?顆?？倲?shù)最多為8個/片,?最少為2個/片。清洗后藍寶石拋光面的AFM?檢測結果反映其表面粗糙度Ra為0.275nm。
小結??
??????? 這里提出的藍寶石晶片凈化工藝和清洗劑的配方,?對藍寶石晶片進行清洗,?能夠使表面微粒長度尺寸小于0.13μm,?顆?？倲?shù)小于8個/片,?已經(jīng)滿足了GaN外延生長的表面質量要求。