CN112599449A

CN112599449A - 一种氮化镓晶圆的腐蚀装置

Info

Publication number: CN112599449A
Application number: CN202011488898.3A
Authority: CN
Inventors: 乔焜; 邵文锋; 林岳明
Original assignee: Guogaxinke Shenzhen Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Guogaxinke Shenzhen Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-04-02

Abstract

本发明提供了一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，涉及氮化镓晶圆衬底缺陷测评技术领域，包括机架和设置在机架上的电气控制组件、腐蚀槽以及第一机械臂，所述第一机械臂与电气控制组件电性连接，所述腐蚀槽中盛放有强碱，氮化镓晶圆放置在卡模上，所述卡模挂在第一机械臂上，通过电气控制组件控制第一机械臂将氮化镓晶圆浸入强碱、从强碱中取出以及控制氮化镓晶圆在强碱中的浸泡时长。本发明提供的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，通过机械设备操作氮化镓晶圆腐蚀过程，保证操作人员的安全，简化腐蚀过程，提高测评效率。

Description

一种氮化镓晶圆的腐蚀装置

技术领域

本发明涉及氮化镓晶圆衬底缺陷测评技术领域，尤其涉及一种氮化镓晶圆的腐蚀装置。

背景技术

氮化镓是一种禁带宽度3.4eV宽带隙第三代半导体材料，具有高饱和电子漂移速度、高击穿电压和高热导等特性，因而具有优异的光电性能、热稳定性和化学稳定性。氮化镓是制作紫外蓝绿发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和紫外探测器的理想材料，在射频器件、功率器件和电子电力器件的市场需求也有着较大的潜力。

但氮化镓单晶衬底中的缺陷影响着器件的性能、可靠性和寿命。因此，对缺陷密度的测评非常重要。目前，常用的表征方法有两种：一种是阴极荧光(CL，Cathodoluminescene)图像分析法和另一种是腐蚀法。CL就是由一台先进的场发射环境扫描电镜和高性能阴极荧光谱仪组成的，优点是对样品进行非破坏式测试，不足是设备太昂贵。腐蚀法就是通过高温熔融强碱对氮化镓晶圆进行一定时间的腐蚀，由于缺陷处化学稳定性低于晶圆的其他完整表面，因此腐蚀液与晶圆表面反应后会产生缺陷坑，然后用光学显微镜分析计数表面缺陷，以测评晶圆衬底的质量，该方法简单实用方便。

目前，熔融的强碱是KOH或KOH与NaOH混合物，温度达400-450度，通常由人工直接操作，加热坩埚，放取腐蚀晶圆样品，给操作人员带来潜在的危险，具有较大的安全隐患。

发明内容

为此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，从而提供一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，通过机械设备操作氮化镓晶圆腐蚀过程，保证操作人员的安全，简化腐蚀过程，提高测评效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，包括机架和设置在机架上的电气控制组件、腐蚀槽以及第一机械臂，所述第一机械臂与电气控制组件电性连接，所述腐蚀槽中盛放有强碱，氮化镓晶圆放置在卡模上，所述卡模挂在第一机械臂上，通过电气控制组件控制第一机械臂将氮化镓晶圆浸入强碱、从强碱中取出以及控制氮化镓晶圆在强碱中的浸泡时长。

进一步地，所述腐蚀槽的底部设置有镍基合金加热块，所述强碱为KOH或KOH和NaOH混合物，所述镍基合金加热块将KOH或KOH和NaOH混合物加热到400-450度，形成液态。

进一步地，所述腐蚀装置还包括第一清洗槽，所述电气控制组件控制第一机械臂将氮化镓晶圆从强碱中取出，并放入到盛放有去离子水的第一清洗槽中进行清洗。

进一步地，所述第一清洗槽连通有第一进水管、第一喷淋管和第一鼓泡管路，所述第一进水管连通在第一清洗槽的侧壁，用于进水，所述第一喷淋管端口设置在第一清洗槽的上方，用于对第一机械臂和氮化镓晶圆进行喷淋，所述第一鼓泡管路连通在第一清洗槽的底部，用于向第一清洗槽吹入气体，让水从底部往上流动，达到全方位清洗氮化镓晶圆样品的效果。

进一步地，所述机架上设置有中和槽以及第二机械臂，所述中和槽中盛放有酸性溶液，所述第二机械臂与电气控制组件电性连接，将从第一清洗槽中取出的氮化镓晶圆从第一机械臂上取下，氮化镓晶圆放置在另一卡模上，该卡模挂在第二机械臂上，通过电气控制组件控制第二机械臂将氮化镓晶圆浸入酸性溶液、从酸性溶液中取出以及控制氮化镓晶圆在酸性溶液中的浸泡时长。

进一步地，所述机架在中和槽的一侧设置有第二清洗槽，所述电气控制组件控制第二机械臂将氮化镓晶圆从盐酸溶液中取出，并放入到盛放有去离子水的第二清洗槽中进行清洗。

进一步地，所述第二清洗槽连通有第二进水管、第二喷淋管和第二鼓泡管路，所述第二进水管连通在第二清洗槽的侧壁，用于进水，所述第二喷淋管端口设置在第二清洗槽的上方，用于对第二机械臂和氮化镓晶圆进行喷淋，所述第二鼓泡管路连通在第二清洗槽的底部，用于向第二清洗槽吹入气体，让水从底部往上流动，达到全方位清洗氮化镓晶圆样品的效果。

进一步地，所述第一机械臂由高纯度金属镍材料制成。

进一步地，第二机械臂由PTFE材料制成。

进一步地，所述腐蚀槽和中和槽的底部均通过管路连通有回收桶，用于在氮化镓晶圆腐蚀完成后回收强碱和酸性溶液。

本发明提供的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，操作开始时，首先将氮化镓晶圆固定在第一机械臂上，然后电气控制组件控制第一机械臂移动，使氮化镓晶圆完全浸泡在强碱中，经过预设时长，电气控制组件再控制第一机械臂移动，将氮化镓晶圆从强碱中取出，经过清洗干燥后，用光学显微镜分析计数表面缺陷，以测评晶圆衬底的质量。本实施例中，通过机械设备操作氮化镓晶圆腐蚀过程，保证操作人员的安全，简化腐蚀过程，提高测评效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对发明作进一步详细说明。

图1为本发明的平面结构示意图；

图2为本发明的管路连接示意图。

图中各附图标记说明如下。

100、机架；200、腐蚀槽；210、镍基合金加热块；300、第一机械臂；400、第一清洗槽；410、第一进水管；420、第一喷淋管；430、第一鼓泡管路；500、中和槽；600、第二机械臂；700、第二清洗槽；710、第二进水管；720、第二喷淋管；730、第二鼓泡管路；800、回收桶。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“正面”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图2所示，一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，包括机架100和设置在机架100上的电气控制组件、腐蚀槽200以及第一机械臂300。电气控制组件设置在机架100的后部，机架100前部水平向下设置有凹槽，腐蚀槽200设置在凹槽中，第一机械臂300设置在腐蚀槽200的上方，第一机械臂300与电气控制组件电性连接。机架100采用米黄色10mm阻燃PVC板材，坚固耐用且防漏。

腐蚀槽200中盛放有强碱，强碱可以是直接从外部添加到腐蚀槽200中，也可以是通过设置在机架100上的进液管路添加到腐蚀槽200中。强碱具有强烈的腐蚀性，不能直接接触。若使用固态强碱则从外部直接添加，若使用液体强碱，则可以选择从外部直接倾倒添加，或者通过进液管路添加。

操作开始时，首先将氮化镓晶圆放在卡模上，卡模呈花篮状，卡模是专门用于放置氮化镓晶园的器具，本实施例中氮化镓晶圆中的“晶圆”表示固态，并不是对氮化镓形状的具体限定。氮化镓晶圆竖直卡在卡模中，增加氮化镓晶圆与强碱的接触面积，然后将卡模挂在第一机械臂300上，然后电气控制组件控制第一机械臂300移动，使氮化镓晶圆完全浸泡在强碱中，经过预设时长，电气控制组件再控制第一机械臂300移动，将氮化镓晶圆从强碱中取出，在洗净强碱干燥后用光学显微镜分析计数表面缺陷，以测评晶圆衬底的质量。本实施例中，通过机械设备操作氮化镓晶圆腐蚀过程，保证操作人员的安全，简化腐蚀过程，提高测评效率。

具体的，第一机械臂300为高纯度镍材料制成，使第一机械臂300具有优良的强碱抗腐蚀性，延长使用寿命。

本实施例中，电气控制组件控制着第一机械臂300的移动，也就控制着氮化镓晶圆何时浸入强碱、何时从强碱中取出以及在强碱中浸泡的时长。电气控制组件控制第一机械臂300的移动可由程序自动控制，并且能够由操作人员根据现场情况进行调整。氮化镓晶圆在强碱中的浸泡时间为15-45分钟，保证缺陷处腐蚀到一定的深度。氮化镓晶圆具体浸泡时长和温度与氮化镓晶体特性如生长方法、晶向等有关，一般来说在360-480摄氏度的范围内，温度越高，浸泡时间越短。

具体的，在腐蚀槽200的底部设置有镍基合金加热块210，强碱为KOH或KOH和NaOK混合物，本实施例中优先采用KOH。KOH常温下为固态，通过镍基合金加热块210将KOH加热到400-450摄氏度，形成液态，方便与氮化镓晶圆接触反应。KOH具有强碱腐蚀性，而镍基合金具有优秀的抗强碱腐蚀性能，耐用。常温下固态的KOH只能采取从外部通过器具添加到腐蚀槽200中。

本实施例中，腐蚀装置还包括第一清洗槽400，第一清洗槽400开设在机架100上且在腐蚀槽200的一侧。电气控制组件控制第一机械臂300将氮化镓晶圆从强碱中取出，并放入盛放有去离子水的第一清洗槽400中进行清洗。将残留在氮化镓晶圆表面的强碱清洗掉。氮化镓晶圆在第一清洗槽400中浸泡时间也是由电气控制组件来控制的，可由程序预先设定，也可以由操作人员根据现场情况来调整，一般来说氮化镓晶圆在第一清洗槽400中的浸泡时间为3分钟。

具体的，第一清洗槽400连通有第一进水管410、第一喷淋管420和第一鼓泡管路430，第一进水管410、第一喷淋管420和第一鼓泡管路430上均设置有阀门。第一进水管410连通在第一清洗槽400的上方侧壁，可为第一清洗槽400添加去离子水。第一喷淋管420的出水端口设置在第一清洗槽400的上方，用于对第一机械臂300和氮化镓晶圆进行喷淋，氮化镓晶圆浸泡在第一清洗槽400中，使水中含有强碱，喷淋的水能够尽可能多的将氮化镓晶圆取出时残留的KOH冲洗干净。第一鼓泡管路430连通在第一清洗槽400的底部，用于向第一清洗槽400中吹入气体，让水从底部往上流动，达到全方位清洗氮化镓晶圆样品的效果。

机架100上设置有中和槽500以及第二机械臂600。中和槽500中盛放有酸性溶液。本实施例中强碱为KOH，将氮化镓晶圆放入第一清洗槽400中清洗之前温度下降，KOH冷却形成固体，粘在氮化镓晶圆表面。为了将氮化镓晶圆表面残留的固定KOH清洁干净，不影响观察，再将氮化镓晶圆放入到中和槽500中，使残留的KOH与酸性溶液发生中和反应。

第二机械臂600为PTFE材料制成，具有优良酸性抗腐蚀性能，延长使用寿命。第二机械臂600与电气控制组件电性连接。氮化镓晶圆放置在另一个卡模上，卡模挂在第二机械臂600上，第一机械臂300与第二机械臂上600所悬挂的卡模在材料上具有区别，前者抗强碱腐蚀，后者抗酸性腐蚀。电气控制组件控制着第二机械臂600的移动，也就控制着氮化镓晶圆何时浸入酸性溶液、何时从酸性溶液中取出以及在酸性溶液中浸泡的时长。电气控制组件控制第二机械臂600的移动可由程序自动控制，并且能够由操作人员根据现场情况进行调整。最佳的，氮化镓晶圆在酸性溶液中浸泡1分钟。

具体的，可与KOH发生中和反应的酸性溶液均可，本实施例优选采用盐酸溶液。

需要值得注意的是，氮化镓晶圆在第一清洗槽400中时是固定在第一机械臂300上的，当清洗完成后，需要人工操作将氮化镓晶圆从第一机械臂300上取下，并放置在第二机械臂600的卡模上，操作人员在操作过程中佩戴安全防腐蚀手套，由于KOH和盐酸分别属于碱性和酸性溶液，所以需要不同材质的机械臂以抗腐蚀。

具体的，在机架100上且在中和槽500的一侧设置有第二清洗槽700，电气控制组件控制第二机械臂600将氮化镓晶圆从酸性溶液中取出，并放入盛放有去离子水的第二清洗槽700中进行清洗。将残留在氮化镓晶圆表面的酸性溶液清洗掉。氮化镓晶圆在第二清洗槽700中浸泡时间也是由电气控制组件来控制的，可由程序预先设定，也可以由操作人员根据现场情况来调整，一般来说氮化镓晶圆在第二清洗槽700中的浸泡时间为3分钟。

具体的，第二清洗槽700连通有第二进水管710、第二喷淋管720和第二鼓泡管路730，第二进水管710、第二喷淋管720和第二鼓泡管路730上均设置有阀门。第二进水管710连通在第二清洗槽700的上方侧壁，可为第二清洗槽700添加去离子水。第二喷淋管720的出水端口设置在第二清洗槽700的上方，用于对第二机械臂600和氮化镓晶圆进行喷淋，喷淋的水能够将氮化镓晶圆表面残留的酸性溶液冲洗的更加干净。第二鼓泡管路730连通在第二清洗槽700的底部，用于向第二清洗槽700中吹入气体，让水从底部往上流动，达到全方位清洗氮化镓晶圆样品的效果。

具体的，从第二清洗槽700取出的晶圆，经甩干机(未在图中列出)甩干后待进一步用光学显微镜分析计数表面缺陷。

本实施例中，在腐蚀槽200和中和槽500的底部均通过管路连通有回收桶800，该回收桶800用于在试验完成后回收强碱和酸性溶液，避免操作人员接触，增强安全性能。本实施例中，强碱使用KOH，常温下为固态，易溶于水。回收时，KOH为固态，先加入水，使其溶于水，然后再通过管路流到回收桶800中.

进一步的，所有电路线均采用PFA防腐隔绝处理，增加安全系数。电气控制组件中的电器元件采用CDA/N2充气保护。各工位、管理、阀门具有清晰的标签注明，便于操作和管理。用于向腐蚀槽200和中和槽500添加强碱和盐酸溶液的进液管路均采用强抗腐蚀性的PFA管。第一进水管410和第二进水管710采用的是CL-PVC管。指的注意的是，上述个部件、管路的制作材料是其中的一个优选方案，并不是对材料类型的具体限定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于，包括机架和设置在机架上的电气控制组件、腐蚀槽以及第一机械臂，所述第一机械臂与电气控制组件电性连接，所述腐蚀槽中盛放有强碱，氮化镓晶圆放置在卡模上，所述卡模挂在第一机械臂上，通过电气控制组件控制第一机械臂将氮化镓晶圆浸入强碱、从强碱中取出以及控制氮化镓晶圆在强碱中的浸泡时长。

2.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述腐蚀槽的底部设置有镍基合金加热块，所述强碱为KOH或KOH和NaOH混合物，所述镍基合金加热块将KOH或KOH和NaOH混合物加热到400-450度，形成液态。

3.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述腐蚀装置还包括第一清洗槽，所述电气控制组件控制第一机械臂将氮化镓晶圆从强碱中取出，并放入到盛放有去离子水的第一清洗槽中进行清洗。

4.根据权利要求3所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述第一清洗槽连通有第一进水管、第一喷淋管和第一鼓泡管路，所述第一进水管连通在第一清洗槽的侧壁，用于进水，所述第一喷淋管端口设置在第一清洗槽的上方，用于对第一机械臂和氮化镓晶圆进行喷淋，所述第一鼓泡管路连通在第一清洗槽的底部，用于向第一清洗槽吹入气体。

5.根据权利要求3所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述机架上设置有中和槽以及第二机械臂，所述中和槽中盛放有酸性溶液，所述第二机械臂与电气控制组件电性连接，将从第一清洗槽中取出的氮化镓晶圆从第一机械臂上取下，氮化镓晶圆放置在另一卡模上，所述卡模挂在第二机械臂上，通过电气控制组件控制第二机械臂将氮化镓晶圆浸入酸性溶液、从酸性溶液中取出以及控制氮化镓晶圆在酸性溶液中的浸泡时长。

6.根据权利要求5所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述机架在中和槽的一侧设置有第二清洗槽，所述电气控制组件控制第二机械臂将氮化镓晶圆从盐酸溶液中取出，并放入到盛放有去离子水的第二清洗槽中进行清洗。

7.根据权利要求6所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述第二清洗槽连通有第二进水管、第二喷淋管和第二鼓泡管路，所述第二进水管连通在第二清洗槽的侧壁，用于进水，所述第二喷淋管端口设置在第二清洗槽的上方，用于对第二机械臂和氮化镓晶圆进行喷淋，所述第二鼓泡管路连通在第二清洗槽的底部，用于向第二清洗槽吹入气体。

8.根据权利要求5所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述第一机械臂由高纯度金属镍材料制成。

9.根据权利要求5所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,第二机械臂由PTFE材料制成。

10.根据权利要求6-9任一项所述的一种氮化镓晶圆的腐蚀装置，其特征在于,所述腐蚀槽和中和槽的底部均通过管路连通有回收桶，用于在氮化镓晶圆腐蚀完成后回收强碱和酸性溶液。