CN212113622U - 第三代半导体的刻蚀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种第三代半导体的刻蚀装置，包括：加工平台和第一喷头，所述加工平台用于放置第三代半导体晶圆；以及，所述第一喷头位于所述加工平台的上方，所述第一喷头朝向所述加工平台设置，所述第一喷头用于连通刻蚀液。本实用新型技术方案有利于提升第三代半导体晶圆刻蚀的均匀性。

Description

第三代半导体的刻蚀装置

技术领域

本实用新型涉及第三代半导体加工领域，特别涉及一种第三代半导体的刻蚀装置。

背景技术

第三代化合物半导体材料通常是非常易脆的。在制造过程中，通过从工艺工具、传送工具，以及从工艺盒到运输盒的转移，这些材料的晶圆片很容易破碎、剥落和破裂。湿法刻蚀工艺是曝光完成后，通过刻蚀暴露的半导体材料来形成器件结构的关键工艺步骤。现有的湿法刻蚀工艺加工第三代化合物半导体材料具有刻蚀不均匀的问题，影响加工精度。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种第三代半导体的刻蚀装置，旨在使得第三代半导体刻蚀更加均匀。

为实现上述目的，本实用新型提出的第三代半导体的刻蚀装置，包括：

加工平台，所述加工平台用于放置第三代半导体晶圆；以及，

第一喷头，所述第一喷头位于所述加工平台的上方，所述第一喷头朝向所述加工平台设置，所述第一喷头用于连通刻蚀液。

可选地，所述第一喷头的下表面面积大于或等于所述加工平台的上表面面积，以使所述第一喷头的喷淋范围覆盖所述加工平台。

可选地，所述第一喷头的下表面设有多个喷淋孔。

可选地，所述第一喷头设有多个供液管，多个所述供液管包括供刻蚀液管、供水管以及供干燥剂管；或者，

所述第三代半导体材料的刻蚀装置还包括：用于连通水的所第二喷头，以及用于连通干燥剂的第三喷头。

可选地，所述第一喷头和/或所述加工平台呈圆盘状设置。

可选地，所述第一喷头为聚四氟乙烯喷头。

本实用新型技术方案通过采用加工平台承载第三代半导体晶圆，使得所述第三代半导体晶圆在被刻蚀的过程中保持平置状态，所述第一喷头能够向所述第三代半导体晶圆均匀地施加刻蚀液，能够使得第三代半导体晶圆的待加工面上的刻蚀液保持流动的更新状态，能够有效减小第三代半导体晶圆待加工面上各个位置上刻蚀液的浓度差以及刻蚀的时间差，从而提升刻蚀的均匀性，有利于提升晶圆的加工质量和良品率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为为本实用新型第三代半导体的刻蚀装置一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	第一喷嘴	200	加工平台

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种第三代半导体的刻蚀装置。

具体地，在本实用新型实施例中，如图1所示，该所述第三代半导体的刻蚀装置包括：加工平台200和第一喷头100，所述加工平台200用于放置第三代半导体晶圆；所述第一喷头100位于所述加工平台200的上方，所述第一喷头100朝向所述加工平台200设置，所述第一喷头100用于连通刻蚀液。

采用本第三代半导体的刻蚀装置可以实施以下第三代半导体的刻蚀方法，包括以下步骤：

S1.将第三代半导体晶圆放置于加工平台上，将所述第三代半导体晶圆待加工面朝上设置；

S3.向所述第三代半导体晶圆的待加工面施加刻蚀液，并保持刻蚀液在所述第三代半导体晶圆的待加工面流动更新。

需要说说明的是，传统的晶圆的刻蚀方法为，将晶圆竖向放置，然后控制晶圆由上至下移动从而沉入到刻蚀液中，直至刻蚀液浸没晶圆，将晶圆浸泡一定时间后，再将晶圆从下至上移动，使得晶圆脱离刻蚀液。通过观察发现，晶圆上部浸泡在刻蚀液中的时间最短，晶圆下部浸泡在刻蚀液中的时间最长，这使得晶圆的待加工面出现刻蚀时间分布不均匀的情况，会导致部分晶圆刻蚀不够另一部分晶圆刻蚀过度的情况。另外晶圆脱离刻蚀液时，粘附在晶圆上部的刻蚀液会沿着待加工面向下流动，这个过程同样也会影响待加工面刻蚀的均匀性。第三代半导体需要刻蚀的时间短，晶圆进入和脱出刻蚀液产生的时间差相对于整个刻蚀时间的比重较大，也就是说对晶圆刻蚀的均匀性影响大。

另外，通过观察发现，传统的刻蚀方法刻蚀液为静态，在刻蚀液与晶圆的待加工面反应过程中，待加工面上会因需要被刻蚀掉的材料的面积不同出现刻蚀液浓度不同的情况，可以理解，刻蚀过程中，刻蚀液的有效成分被消耗，需要被刻蚀的面积大的部分需要消耗刻蚀液中的有效物质的用量更大，使得该处的刻蚀液浓度梯度更大，需要备课室的面积小的部分被消耗的有效物质用量小，其附近的刻蚀液浓度梯度小，这会导致待加工面上各个位置上出现刻蚀液浓度差异，使得待加工面刻蚀不均匀。

本实用新型技术方案将第三代半导体晶圆放置在加工平台200上，使得第三代半导体处于平置状态，所述第三代半导体的待加工面朝上设置，因此，向所述待加工面上施加刻蚀液时，有利于减小待加工面上各个位置与刻蚀液接触的时间差，从而使得各个位置上刻蚀液与待加工面处的材料反应的时间更加接近，从而提升晶圆刻蚀加工的均匀性。另外，本实用新型技术方案使得刻蚀液在待加工面上保持流动，使得所述刻蚀液时刻在待加工面上进行更新，也就是说，当刻蚀液内有效物质与待加工面上的材料反应消耗后，该处的刻蚀液会在刻蚀液流动状态下发生更新，使得该处的刻蚀液能够保持更加接近初始浓度的状态。从整个待加工面上看，各个位置上的待加工液都在进行更新，使得各个位置的刻蚀液均能维持等于或接近于初始浓度的状态，从而消除待加工面上刻蚀液的浓度差，提升刻蚀加工的均匀性和加工精度，同时也有利于提升刻蚀加工的效率。

进一步地，在本实施例中，所述S3.向所述第三代半导体晶圆的待加工面施加刻蚀液的步骤包括：通过喷淋的方式将刻蚀液施加在所述第三代半导体晶圆的待加工面上。具体地，所述刻蚀液的喷淋面积覆盖整个所述第三代半导体晶圆的待加工面，使得整个待加工面上的刻蚀液能够同步更新。需要说明的是，本实施例所述刻蚀液保持持续施加与待加工面，所述持续施加可以是不间断喷淋，也可以是间隔式喷淋，间隔式喷淋可以通过调节间隔时间调节刻蚀液的用量，以提高刻蚀液的利用效率。另外，由于第三代半导体晶圆比较脆弱，受到冲击力大容易发生破损，故而本实用新型技术方案以喷淋的方式施加刻蚀液，喷淋的方式喷出的刻蚀液的水流半径小或者水珠的颗粒小，刻蚀液落在所述晶圆上时的冲击力小，而且喷淋的方式能够有效保障所述刻蚀液在晶圆的带加工面上保持流动，使得刻蚀液保持更新状态。当然，需要说明的是，本实施例所述步骤S3不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，还可以是，所述S3.向所述第三代半导体晶圆的待加工面施加刻蚀液的步骤包括：通过洒扫的方式将刻蚀液施加在所述第三代半导体晶圆的待加工面上，也就是说，通过喷头相对晶圆移动的方式将刻蚀液施加在待加工面上，有利于刻蚀液保持流动更新。

进一步地，在本实施例中，所述第三代半导体晶圆的原材料包括砷化镓、砷化铝镓、氮化镓、氮化铝镓中的任意一种或多种。第三代半导体又称宽禁带半导体，禁带宽度在2.2eV以上，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点。与传统Si材料相比，基于氮化镓材料制备的功率器件拥有更高的功率密度输出，以及更高的能量转换效率，并可以使系统小型化、轻量化，有效降低电力电子装置的体积和重量，从而极大降低系统制作及生产成本。同时，第三代半导体的脆性导致晶圆容易发生脆裂，故而需要采用喷淋的方式施加刻蚀液，保障晶圆刻蚀加工过程中的安全性。

进一步地，在本实施例中，所述S3.第三代半导体的刻蚀方法在所述向所述第三代半导体晶圆的待加工面施加刻蚀液的步骤之前还包括：

S2.通过水将所述第三代半导体晶圆的待加工面润湿。

所述水为去离子水，以去离子水润湿第三代半导体晶圆，具体地，所述第三代半导体晶圆的润湿工艺能够通过喷淋的方式实现，但不仅限于喷淋。润湿后的晶圆与刻蚀液接触具有更好的亲和力，避免刻蚀液因表面张力而与晶圆保持较大的润湿角，有利于刻蚀液在晶圆上铺展开，从而提升刻蚀工艺的加工效率，同样也有利于提升刻蚀液的利用率。进一步地，所述水的电阻大于或等于18MΩ/cm，具有去离子水洁净度高的特点，有利于保障润湿工艺的洁净程度。

进一步地，在本实施例中，所述第三代半导体的刻蚀方法在所述向S3.所述第三代半导体晶圆的待加工面施加刻蚀液，并保持刻蚀液在所述第三代半导体晶圆的待加工表面流动更新的步骤之后还包括：

S4.向所述待第三代半导体晶圆的待加工面施加水进行清洁。

当刻蚀液在所述第三代半导体晶圆上反应预设时间后，停止施加刻蚀液，并需要对所述第三代半导体晶圆进行清洁，以去除残留在所述第三代半导体晶圆上的刻蚀液，避免残留的刻蚀液与晶圆继续反应。在所述待加工面上施加水的方式可以通过喷淋的方式施加，利用水冲走残留的刻蚀液以及刻蚀液与晶圆反应后的产物，使得晶圆洁净，方便于后续加工。进一步地，所述水的电阻大于或等于18MΩ/cm，具有去离子水洁净度高的特点，避免清洁用水污染晶圆。

进一步地，在本实施例中，所述第三代半导体的刻蚀方法在S4.所述向所述第三代半导体晶圆的待加工面施加水进行清洁的步骤之后还包括：

S5.采用有机溶剂与氮气喷淋干燥所述第三代半导体晶圆。传统的旋转干燥方式，受离心力影响，容易使得第三代半导体晶圆发生脆裂。而本实用新型技术方案采用有机溶剂与氮气喷淋干燥，有机溶剂与氮气不会在晶圆上残留或者与晶圆发生反应，具有干燥过程洁净的特点，且干燥的过程中所述第三代半导体晶圆可以保持静态，有利于提升干燥过程的安全性。当然，本实用新型技术方案不仅限于上述干燥方法，在其他实施例中，还可以是，将所述第三代半导体晶圆放入氮气烘箱中干燥，以氮气作为保护气体，具有干燥过程安全的特点。

进一步地，在本实施例中，所述第三代半导体晶圆包括依次层叠设置的衬底、集电极、基电极和射电极。所述集电极、所述基电极和所述射电极均为外延层。所述刻蚀工艺发生在位于外侧的射电极上，所述射电极具有所述待加工面，所述待加工面上具有光刻胶，未被光刻胶覆盖的暴露部分与刻蚀液发生反应形成射电极接触平台结构。所述衬底包括但不仅限于半绝缘的氮化镓、碳化硅、蓝宝石中的一种或多种。

采用第三代半导体所述加工平台200用于使得所述晶圆的待加工面更加接近水平，减少待加工面上刻蚀液的重力对刻蚀液流动方向的影响。刻蚀液更新时，刻蚀液一边从所述第一喷头100上流向所述晶圆，一边从所述晶圆的边缘流下。

进一步地，在本实施例中，如图1所示，所述第一喷头100的下表面面积大于或等于所述加工平台200的上表面面积，以使所述第一喷头100的喷淋范围覆盖所述加工平台200。也就是说，所述第一喷头100的喷淋范围覆盖位于所述加工平台200上的晶圆，从而保障晶圆的待加工面各个位置都能被刻蚀液覆盖，且各个位置的刻蚀液能够保持同步更新。

进一步地，在本实施例中，所述第一喷头100的下表面设有多个喷淋孔。多个所述喷淋孔有利于减小刻蚀液对晶圆的冲击力，从而提升晶圆在刻蚀过程中的安全性。且多个喷淋孔也有利于刻蚀液在所述晶圆上均匀分布，有利于提升刻蚀的均匀性。

进一步地，在本实施例中，所述第一喷头100设有多个供液管，多个所述供液管包括供刻蚀液管、供水管以及供干燥剂管；具体地，所述供刻蚀液管用于连通刻蚀液供应源，所述供水管用于连通水源，所述供干燥剂管用于连通氮气以及有机溶剂的提供源。也就是说，在所述步骤S2中，水通过供水管进入到所述第一喷头100中，然后通过第一喷头100流向晶圆。在步骤S3中，刻蚀液通过供刻蚀液管进入到所述第一喷头100中，然后通过第一喷头100流向晶圆。在步骤S4中，水通过供水管进入到所述第一喷头100中，然后通过第一喷头100流向晶圆。在步骤S5中，有机溶剂与氮气通过供干燥剂管进入到所述第一喷头100中，然后通过第一喷头100流向晶圆。也就是说，步骤S2至步骤S5均能够通过同一个喷头进行喷淋，具有简化结构的优点。当然，所述多个供液管上均可以设置阀门，用于控制供液，还可以是，多个所述供液管均连接在换向阀上，换向阀选择性打开某一个供液管，换向阀设有连通所述第一喷头100的管道，有利于实现自动化供液。

当然，本实施例不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，还可以是，所述第三代半导体材料的刻蚀装置还包括：用于连通水的所第二喷头，以及用于连通干燥剂的第三喷头，采用不同的喷头对应不同的步骤，所述第二喷头用于步骤S2与步骤S4，所述第一喷头100用于步骤S3，所述第三喷头用于步骤S5，能够避免各种液体之间发生相互混合，保障物料洁净。

进一步地，在本实施例中，如图1所示，本实施例技术方案所述的第一喷头100和加工平台200不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，还可以是，所述第一喷头和所述加工平台呈方形设置；或者是，所述第一喷头和所述加工平台呈八角形设置；或者是，所述第一喷头和所述加工平台呈六边形设置等等。所述第一喷头和所述加工平台呈圆盘状设置。所述第三代半导体晶圆的面积小于或等于加工平台的台面面积，所述加工平台和第一喷头适应晶圆的外形，有利于使得第一喷头更加精准地对晶圆进行加工，有利于节约刻蚀液。当然，本实施例技术方案所述的第一喷头和加工平台不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，还可以是，所述第一喷头和所述加工平台呈方形设置；或者是，所述第一喷头和所述加工平台呈八角形设置；或者是，所述第一喷头和所述加工平台呈六边形设置等等。

进一步地，在本实施例中，所述第一喷头100为聚四氟乙烯喷头，由于聚四氟乙烯具有良好的化学稳定性，能够适用于各种不同的溶剂，因此，聚四氟乙烯喷头能够用于喷淋水、刻蚀液、有机溶剂和氮气等等，第一喷头100具有使用安全性能高、适用范围广的特点，不会因为被腐蚀溶解导致晶圆被污染。当然，本实施例所述第一碰头不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，还可以是，所述第一喷头100设有聚四氟乙烯内衬。

本实施例采用的技术方案能够有效提升刻蚀的均匀性，有利于提升晶圆的质量、良品率以及性能的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种第三代半导体的刻蚀装置，其特征在于，包括：

加工平台，所述加工平台用于放置第三代半导体晶圆；以及，

第一喷头，所述第一喷头位于所述加工平台的上方，所述第一喷头朝向所述加工平台设置，所述第一喷头用于连通刻蚀液。

2.如权利要求1所述的第三代半导体的刻蚀装置，其特征在于，所述第一喷头的下表面面积大于或等于所述加工平台的上表面面积，以使所述第一喷头的喷淋范围覆盖所述加工平台。

3.如权利要求2所述的第三代半导体的刻蚀装置，其特征在于，所述第一喷头的下表面设有多个喷淋孔。

4.如权利要求1所述的第三代半导体的刻蚀装置，其特征在于，所述第一喷头设有多个供液管，多个所述供液管包括供刻蚀液管、供水管以及供干燥剂管；或者，

所述第三代半导体材料的刻蚀装置还包括：用于连通水的所第二喷头，以及用于连通干燥剂的第三喷头。

5.如权利要求1所述的第三代半导体的刻蚀装置，其特征在于，所述第一喷头和/或所述加工平台呈圆盘状设置。

6.如权利要求1所述的第三代半导体的刻蚀装置，其特征在于，所述第一喷头为聚四氟乙烯喷头。

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