本發(fā)明涉及化學(xué)清洗劑，具體涉及一種碳化硅襯底清洗劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體制造過程中，碳化硅襯底的清潔是一個至關(guān)重要的步驟。碳化硅是一種廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料，因其優(yōu)異的物理和電子特性，被廣泛應(yīng)用于制作電力電子器件和高頻電子器件。然而，在碳化硅襯底的制造過程中，不可避免地會產(chǎn)生一些污染物，如有機蠟的殘留和各種雜質(zhì)。這些污染物嚴(yán)重影響了碳化硅襯底的電學(xué)性能和可靠性，降低碳化硅襯底生產(chǎn)制造的良品率。2)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案：目前，行業(yè)中去除碳化硅襯底表面污染物的化學(xué)溶液清洗主要包含多種化學(xué)成分。一般有有機溶劑，如異丙醇(ipa)。ipa是一種常見的有機溶劑，它能夠有效地溶解晶圓表面的有機污染物，像一些光刻膠殘留等。因為光刻膠是有機高分子材料，在半導(dǎo)體制造過程中，如光刻工序后會有殘留，ipa的溶解性可以幫助去除這些殘留物質(zhì)。還會含有酸性成分，例如氫氟酸(hf)。hf在清洗過程中有很重要的作用，它可以用于去除晶圓表面的氧化層。在半導(dǎo)體制造環(huán)境中，硅晶圓表面很容易生長一層薄薄的氧化硅(sio2)，適量的hf可以和sio2發(fā)生反應(yīng)：sio2+4hf＝sif4↑+2h2o，生成的四氟化硅是氣體，可以離開晶圓表面，從而達(dá)到去除氧化層的目的，方便后續(xù)工藝對晶圓純凈表面的處理。3)現(xiàn)有技術(shù)問題：隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，研發(fā)對環(huán)境友好的清洗劑是一個重要的方向。例如，尋找可替代傳統(tǒng)強酸、強堿的溫和化學(xué)試劑，或者開發(fā)基于生物可降解材料的清洗劑。這些清洗劑在清洗過程中能夠減少對環(huán)境的污染，同時也能降低對操作人員健康的危害。然而，現(xiàn)有的化學(xué)清洗劑中，許多成分如異丙醇和氫氟酸都有一定的毒性，對環(huán)境和人體會造成一定的危害。因此，開發(fā)一種既能有效清潔碳化硅襯底，又對環(huán)境友好的清洗劑是一個亟待解決的問題。此外，現(xiàn)有的清洗劑在使用過程中可能會對碳化硅襯底造成一定的腐蝕，影響其電學(xué)性能和可靠性。因此，如何平衡清洗效果和襯底保護(hù)也是當(dāng)前技術(shù)面臨的一個挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的環(huán)?；瘜W(xué)清洗劑，替代傳統(tǒng)含有毒性成分如異丙醇和氫氟酸的清洗劑，減少對環(huán)境和操作人員健康的危害，符合日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。能有效清潔碳化硅襯底，又對碳化硅襯底腐蝕性相對較弱的化學(xué)清洗劑，平衡清洗效果和襯底保護(hù)，提高碳化硅襯底生產(chǎn)制造的良品率。

2、本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅襯底清洗劑的制備方法，該制備方法簡單，易于操作，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

3、本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅襯底清洗劑的應(yīng)用，采用本發(fā)明中具體原料和方法制得的清洗劑可應(yīng)用在半導(dǎo)體制造、環(huán)保材料和化學(xué)清洗劑等應(yīng)用領(lǐng)域可以有廣泛的應(yīng)用。首先，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，本發(fā)明的清洗劑可以有效去除碳化硅襯底的污染物，如有機蠟殘留和各種金屬離子雜質(zhì)，確保碳化硅襯底的電學(xué)性能和可靠性，提高生產(chǎn)制造的良品率。同時，本發(fā)明的清洗劑避免了傳統(tǒng)強酸、強堿對環(huán)境的污染和對操作人員健康的危害，符合環(huán)保要求，具有良好的市場前景。其次，在環(huán)保材料領(lǐng)域，本發(fā)明的清洗劑是基于生物可降解材料的環(huán)保型清洗劑，對環(huán)境友好，可以減少對環(huán)境的污染，符合當(dāng)前環(huán)保法規(guī)和政策的要求。因此，本發(fā)明的清洗劑在環(huán)保材料領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。最后，在化學(xué)清洗劑領(lǐng)域，本發(fā)明的清洗劑不僅可以替代傳統(tǒng)的氫氟酸等強腐蝕性化學(xué)試劑，降低對碳化硅襯底的腐蝕，而且其獨特的配方使其在去除金屬離子污染物和有機污染物方面具有良好的效果。因此，本發(fā)明的清洗劑在化學(xué)清洗劑領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景?？偟膩碚f，本發(fā)明的清洗劑在半導(dǎo)體制造、環(huán)保材料和化學(xué)清洗劑等應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，符合當(dāng)前的環(huán)保要求和市場需求，具有良好的商業(yè)價值。

4、本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種碳化硅襯底清洗劑，包括如下原料：有機溶劑40-70份、金屬離子去除劑3-7份、表面活性劑0.5-2.5份、螯合劑3-7份。

5、優(yōu)選的，所述有機溶劑為丙二醇、丙三醇、乙醇和丙二醇甲醚中的至少一種。

6、優(yōu)選的，所述有機溶劑是由乙醇和丙二醇甲醚按照質(zhì)量比為0.8-1.2:0.1-0.5組成。

7、優(yōu)選的，所述金屬離子去除劑為檸檬酸和氫氧化銨。

8、優(yōu)選的，所述金屬離子去除劑是由檸檬酸和氫氧化銨按照質(zhì)量比為2-6:1-3組成。

9、優(yōu)選的，所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、n,n-二甲基十二烷基氯化銨、n,n-二甲基十二烷基溴化銨、n,n-二乙基十二烷基氯化銨、n,n-二乙基十二烷基溴化銨、n,n-二甲基十六烷基氯化銨、n,n-二甲基十六烷基溴化銨、全氟十二醇、全氟己基磺酸銨和全氟辛基磺酸銨中的至少一種。

10、優(yōu)選的，所述螯合劑為乙二酸四乙酸鹽、二乙烯三胺二琥珀酸鹽、檸檬酸鹽中的至少一種。

11、本發(fā)明的清洗劑中采用乙醇和丙二醇甲醚等作為主要的有機溶劑成分，替代傳統(tǒng)的異丙醇和氫氟酸，減少對環(huán)境和操作人員健康的危害，同時保持一定的溶解能力，能夠有效地去除碳化硅襯底表面的有機污染物和金屬離子污染物；添加檸檬酸和氫氧化銨作為ph值調(diào)節(jié)劑和金屬離子去除劑，檸檬酸能夠與金屬離子形成絡(luò)合物，有助于去除金屬離子污染物，而氫氧化銨能夠與酸性污染物發(fā)生中和反應(yīng)，去除酸性雜質(zhì)，同時其堿性相對溫和，不會對碳化硅襯底造成嚴(yán)重的腐蝕問題；加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽等作為表面活性劑，增強清洗劑的乳化、分散和去污能力，降低清洗劑的表面張力，提高清洗劑的浸潤性和金屬離子去除能力，避免金屬離子的重新吸附，提高清洗的徹底性和持久性；此外，使用乙二胺四乙酸四鈉等作為螯合劑，增強清洗劑與金屬離子的結(jié)合能力，更有效地去除晶圓表面的金屬離子污染物，保障半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能和可靠性；通過調(diào)整各成分的濃度比例，優(yōu)化清洗劑的配方，使其能夠平衡清洗效果和襯底保護(hù)，提高碳化硅襯底生產(chǎn)制造的良品率。

12、優(yōu)選的，所述表面活性劑是由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚和全氟十二醇按照質(zhì)量比為0.5-1.5:0.8-1.2:0.1-0.5組成的混合物。

13、優(yōu)選的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽通過如下方法制得：

14、步驟一：稱取蓖麻油和二乙胺，將蓖麻油和二乙胺按照質(zhì)量比為1:0.3-0.7混合加入反應(yīng)釜，進(jìn)行氮氣置換，然后向反應(yīng)釜內(nèi)通入環(huán)氧烷烴加熱至100-140℃進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)壓力為-0.05-0.50mpa，反應(yīng)完畢后熟化至反應(yīng)釜內(nèi)無壓降，脫除未反應(yīng)的單體，精制后處理制得胺基改性植物油聚醚多元醇，備用；

15、步驟二：稱取葡萄糖和胺基改性植物油聚醚多元醇，將葡萄糖和胺基改性植物油聚醚多元醇按照質(zhì)量比為1:1-3混合加入反應(yīng)釜，加入催化劑控制反應(yīng)系統(tǒng)壓力為1-50mmhg的真空條件，加熱至100-150℃進(jìn)行糖苷化反應(yīng)，得到糖苷化改性醇醚，備用；

16、步驟三：將步驟二制得的糖苷化改性醇醚升溫至40-70℃攪拌，緩慢滴加氯磺酸反應(yīng)0.5-5h，之后在30-50℃加入堿液反應(yīng)0.5-2h，減壓脫水，然后用乙醇洗滌，過濾烘干后得到改性后的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽；所述糖苷化改性醇醚與氯磺酸的用量比為1:0.3-0.7。

17、本發(fā)明中采用上述原料制得的改性后的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽具有良好的清洗性能。改性后的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽作為表面活性劑，具有良好的乳化、分散、增溶等性能，可有效去除碳化硅襯底表面的油污、顆粒等雜質(zhì)。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽的原料采用蓖麻油等天然產(chǎn)物，相比傳統(tǒng)的石油基表面活性劑更環(huán)保，對環(huán)境友好，符合綠色化學(xué)的發(fā)展趨勢。步驟一中蓖麻油是含有多種不飽和脂肪酸甘油酯的植物油，二乙胺中的氨基可與蓖麻油中的雙鍵等發(fā)生加成反應(yīng)，環(huán)氧烷烴與蓖麻油和二乙胺的混合物發(fā)生聚合反應(yīng)，在氮氣氛下可防止氧化等副反應(yīng)，二乙胺起到改性作用，使產(chǎn)物具有胺基等特殊官能團(tuán)，環(huán)氧烷烴則通過聚合增加產(chǎn)物的分子量和鏈長，賦予產(chǎn)物更好的親水性和柔順性等，制得的胺基改性植物油聚醚多元醇為后續(xù)反應(yīng)提供活性基團(tuán)和特定的分子結(jié)構(gòu)；步驟二中葡萄糖含有多個羥基，與胺基改性植物油聚醚多元醇在催化劑和真空條件下發(fā)生糖苷化反應(yīng)，利用葡萄糖的羥基與多元醇上的活性氫等發(fā)生縮合等反應(yīng)，形成糖苷鍵，葡萄糖的引入可增加產(chǎn)物的水溶性和生物降解性，同時賦予產(chǎn)物一定的甜味等特性，糖苷化改性醇醚具有獨特的分子結(jié)構(gòu)，既有親油部分又有親水部分；步驟三中糖苷化改性醇醚與氯磺酸發(fā)生磺化反應(yīng)，醇醚上的羥基被磺酸基取代，生成脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽的前身，加入堿液是為了中和過量的酸以及使磺化產(chǎn)物成鹽，使其具有更好的水溶性和表面活性，減壓脫水可除去反應(yīng)生成的水等低沸點物質(zhì)，促進(jìn)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，乙醇洗滌可除去雜質(zhì)，過濾烘干得到最終產(chǎn)物。

18、本發(fā)明還提供了一種碳化硅襯底清洗劑的制備方法，包括如下步驟：

19、s1、按照重量份，將各具體有機溶劑混合，加入反應(yīng)釜中攪拌均勻，得到混合均勻有機溶劑，備用；

20、s2、按照重量份，將金屬離子去除劑、表面活性劑和螯合劑混合攪拌均勻，之后將混合液加入有機溶劑中繼續(xù)攪拌，直到所有原料完全溶解，形成均勻的清洗劑，備用；

21、s3、用氫氧化銨調(diào)節(jié)清洗劑的ph值至6-8，將調(diào)節(jié)ph值后的清洗劑溶液通過濾膜過濾，除去不溶雜質(zhì)，然后進(jìn)行包裝，得到碳化硅襯底清洗劑成品。

22、本發(fā)明還提供了一種碳化硅襯底清洗劑的使用方法，包括如下步驟：

23、a1、將碳化硅襯底放入清洗劑中，超聲波清洗25-35min，然后旋轉(zhuǎn)清洗25-35min，最后再用去離子水沖洗多次，得到清潔的碳化硅襯底；

24、a2、將清潔的碳化硅襯底放入熱風(fēng)干燥箱中，設(shè)定溫度為75-85℃，干燥25-35min，得到干燥的碳化硅襯底。

25、本發(fā)明中的清洗劑在實際應(yīng)用中，可根據(jù)碳化硅襯底的污染程度和類型，調(diào)整清洗劑的成分比例和使用時間，確保清洗效果的同時，避免過度清洗對碳化硅襯底的損傷。在清洗過程中，采用適當(dāng)?shù)那逑捶绞胶驮O(shè)備，如超聲波清洗、旋轉(zhuǎn)清洗等，以提高清洗的效率和均勻性，確保碳化硅襯底表面的污染物能夠被徹底去除；清洗結(jié)束后，采用適當(dāng)?shù)母稍锓绞?，如熱風(fēng)干燥、紅外線干燥等，確保碳化硅襯底表面的水分能夠被徹底去除，避免殘留水分對后續(xù)工藝的影響。

26、本發(fā)明的有益效果在于：

27、1、環(huán)保性：本發(fā)明的清洗劑采用乙醇、丙二醇甲醚、檸檬酸、氫氧化銨、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和乙二胺四乙酸四鈉等環(huán)保材料，避免了使用傳統(tǒng)清洗劑中的異丙醇和氫氟酸等有毒化學(xué)品，減少了對環(huán)境的污染，同時也降低了操作人員健康的危害，符合環(huán)保要求的發(fā)展方向。

28、2、腐蝕性低：本發(fā)明的清洗劑對碳化硅襯底的腐蝕性相對較弱，不會對晶圓襯底造成嚴(yán)重的腐蝕問題，從而保障了半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能和可靠性，提高了碳化硅襯底生產(chǎn)制造的良品率；這一點與現(xiàn)有技術(shù)中可能對碳化硅襯底造成一定腐蝕的清洗劑相比，具有明顯的優(yōu)越性。

29、3、清洗效果好：本發(fā)明的清洗劑通過多種化學(xué)成分的協(xié)同作用，能夠有效地去除碳化硅襯底表面的有機污染物和金屬離子污染物，包括顆粒污染物和有機污染物，防止顆粒重新吸附到晶圓表面，提高了清洗效果和均勻性；相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的清洗劑在金屬離子清除方面的作用更為全面和徹底，避免了氫氟酸可能帶來的金屬離子去除不徹底的問題。

30、4、成本效益高：本發(fā)明的清洗劑配方中，各成分的濃度比例經(jīng)過精確調(diào)控，既保證了清洗效果，又降低了成本，具有較高的成本效益。

31、5、應(yīng)用廣泛：本發(fā)明的清洗劑不僅適用于碳化硅襯底的清潔，還可能適用于其他半導(dǎo)體材料的清洗，具有廣泛的應(yīng)用前景。