CN218215222U - 一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，涉及半导体材料制备领域。该装置包括箱体，箱体外部覆盖有保温层，箱体内安装有电热丝，箱体底部竖向安装有第一电机，第一电机的输出轴与旋转基台连接，旋转基台上放置有镍锅，镍锅开口处可拆卸安装有镍锅盖，箱体上方设置有悬吊挂钩和吊绳，通过第二电机运作，可以带动吊绳和悬吊挂钩将镍锅放入和取出箱体。该装置在使用时，首先通过第二电机的正转和反转，实现镍锅从箱体中的取出和放入，减少部分人工操作，降低操作人员接触加热镍锅时的高温危险，其次通过电热丝加热以及第一电机旋转带动镍锅在箱体内旋转，能够保证GaAs衬底在镍锅中得到充分的腐蚀，提高后续对GaAs衬底表面的位错密度核算的准确性。

Description

一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置

技术领域

本实用新型属于半导体材料制备技术领域，具体涉及一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置。

背景技术

砷化镓(GaAs)是在Ⅲ-ⅤA族中应用最广的第二代半导体化合物材料，它当前的市场占有率仅次于Si。它所具备的独特的结构使得GaAs材料广泛应用于高频器件和集成电路等领域。

目前，制备GaAs衬底材料的方法主要有液封直拉法(LEC)、垂直梯度凝固法(VGF)、水平布里奇曼法(HB)和蒸气压控制直拉法(VCZ)。在通过这些方法制备出GaAs单晶后，需要对GaAs单晶进行一定的前期工艺处理，才可以流到GaAs市场上的应用端。在前期的工艺处理当中，在对GaAs单晶进行切割时，需要一些人工操作对GaAs单晶质量进行检测和评定，例如衬底EPD的浓度、迁移率的大小、载流子浓度的高低等。在这些检测工作完成后得出的相关物理参数决定了GaAs单晶能否正常使用。

在统计和计算上述GaAs衬底EPD的浓度之前，还需要人工对GaAs衬底进行简单的腐蚀处理，目前常规的腐蚀处理过程为，首先将GaAs衬底基片放置于镍锅上，然后使用氢氧化钾(KOH)固体粉末掩盖在基片上，进行高温加热。经由上述处理后的GaAs衬底上的位错腐蚀坑才能清晰显露出来，便于工作人员筛选GaAs衬底或者评估单晶的质量。但在上述的处理过程中，至少存在以下不稳定因素：1、该处理过程中的KOH固体粉末极易吸收空气中的水分而潮解，且在高温加热下容易四处飞溅；2、直接在加热器上对GaAs衬底加热，由于KOH粉末倾覆不均匀，加热不均匀等情况，处理过程中容易出现衬底腐蚀不均匀的现象，影响后续的位错密度核算；3、使用加热器直接加热时，由于与空气直接接触，时常有一部分热量散失在空气之中，延缓腐蚀时间，降低了生产效率；4、在此处理过程中，加热过程的高温也容易对操作人员带来一定的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，以解决GaAs衬底腐蚀过程中存在的安全隐患，GaAs衬底腐蚀不彻底，生产效率不高的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，包括箱体，第一电机，底座和旋转基台，箱体内安装有电热丝，箱体的底部外壁分别与第一电机和底座固定连接，箱体的底部开设有通孔，第一电机的输出轴竖向穿过第一通孔与旋转基台连接，输出轴与第一通孔间隙配合，旋转基台安装在箱体内，旋转基台上放置有镍锅，镍锅的底部内壁安装有用于夹持GaAs衬底的多个夹片，镍锅的开口处可拆卸连接有镍锅盖，箱体的顶部开设有第二通孔，镍锅盖与第二通孔间隙配合，镍锅盖的侧壁开设有排气孔。

进一步的，箱体外壁包覆有保温层，保温层的材料为陶瓷纤维。陶瓷纤维具有良好的隔热性能，能够减少热量的散失，达到减少能耗的效果。

进一步的，箱体的顶部安装有与箱体内部连通的排气管。由于KOH强碱在腐蚀GaAs衬底过程中会发生化学反应，产生一些腐蚀性气体，使得箱体内部气压增大，需要通过排气管排出进一步处理。

进一步的，箱体的内壁安装有温度传感器，箱体的顶部安装有A/D转换器和数字显示器，温度传感器与A/D转换器电连接，A/D转换器与数字显示器电连接。实现随时检测镍锅内的温度，方便判断GaAs衬底的腐蚀情况。

进一步的，箱体侧壁设置为中空结构，中空结构内安装有电热丝安装管，电热丝安装在电热丝安装管内。能够方便电热丝的安装、更换拆卸和检修。

进一步的，夹片为网状结构。避免在腐蚀GaAs衬底的过程中，KOH熔融液无法完全进入夹片与衬底之间的缝隙，保证GaAs衬底完全腐蚀。

进一步的，所述镍锅盖的顶部中心设置有吊钩，所述底座固定连接有支撑架，所述支撑架顶部横向安装有第二电机，所述第二电机的输出轴键连接有旋转横梁，所述旋转横梁上固定安装有转轮，所述转轮上缠绕有吊绳，所述吊绳另一端固定连接有悬吊挂钩，所述悬吊挂钩位于所述吊钩正上方。通过控制第二电机的正转与反转，控制悬挂吊钩上升和下降，实现半自动将镍锅放入和取出箱体，并且保证镍锅在提拉过程中保持稳定，不会随意晃动。

本实用新型实施例的有益效果在于：

1.本实用新型通过将GaAs衬底放置在封闭的镍锅中进行KOH腐蚀，首先避免KOH粉末直接接触空气，防止KOH粉末潮解，有利于GaAs衬底的腐蚀；其次，KOH腐蚀GaAs衬底的反应是在密闭的空间中进行，避免在此过程中KOH溶液的飞溅，提高安全系数。

2.本实用新型通过设计安装第二电机、旋转横梁、转轮、吊绳以及悬吊挂钩，能在GaAs衬底完成腐蚀保温的处理后，通过开启第二电机带动旋转横梁转动，从而将镍锅从箱体中提拉出来，使其能够快速冷却，有效避免工作人员在此过程中接触高温镍锅，降低了在此处理过程中的危险系数。

3.本实用新型通过将GaAs衬底放置在镍锅底部内壁的相邻最近的夹片上，用KOH固体粉末将GaAs衬底片全部覆盖，通过开启第一电机从而带动镍锅进行旋转，使GaAs衬底能够被KOH熔融态均匀腐蚀，保证了GaAs衬底被腐蚀完全，提高了后续工作人员对GaAs衬底上位错密度缺陷核算的准确度。

4.本实用新型还通过在箱体的外壁覆盖保温层，减少了加热过程中热量的散失，能够加速KOH固体粉末变成熔融态的过程，从而实现KOH腐蚀GaAs基片的高效率性，同时也能够降低能耗，节约生产成本。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置实施例的正视图；

图3为本实用新型一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置实施例的局部剖视图。

主要元件符号说明如下：1底座，2第一电机，3旋转基台，4镍锅，5夹片，6镍锅盖，7排气孔，8吊钩，9箱体，10电热丝安装管，11电热丝，12保温层，13排气管，14悬吊挂钩，15吊绳，16转轮，17旋转横梁，18第二电机,19支撑架，20安装孔，21温度传感器，22A/D转换器，23数字显示器。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明，需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。

如图1～图3所示，本实施例的应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，包括箱体9，箱体9侧壁为中空结构，中空结构内安装有电热丝安装管10，箱体9的内部竖向对称开设有5个用于电热丝安装管10的安装孔20，电热丝安装管10内安装有电热丝11，箱体9的外壁覆盖有一层保温层12，保温层12的材料为陶瓷纤维，箱体9的底部中心竖向安装有第一电机2，箱体9与第一电机2通过螺栓连接在一起，箱体9内壁安装有温度传感器21，箱体9的顶部安装有A/D转换器22和数字显示器23，温度传感器21与A/D转换器22电连接，A/D转换器22再与数字显示器23电连接，箱体9的底部还与4个底座1焊接固定在一起，箱体9内部的底面中心安装有旋转基台3，箱体9的底部中心开设有第一通孔，第一电机2的输出轴穿过第一通孔与箱体9内部的旋转基台3键连接，第一电机的输出轴与第一通孔间隙配合，旋转基台3上放置有镍锅4，镍锅4的底部内壁设置有多个夹片5，GaAs衬底竖直放置在相邻最近的两夹片5之间，镍锅4的开口上可拆卸连接有镍锅盖6，箱体9的顶部中心开设有第二通孔，镍锅盖6与第二通孔间隙配合，镍锅盖6的侧壁开设有多个排气孔7，镍锅4靠开口处的外侧壁设置有外螺纹，镍锅盖6靠开口处内侧壁设置有内螺纹，二者通过相互配合的螺纹可紧固在一起，镍锅盖6的顶部中心安装有吊钩8，底座1与支撑架19焊接固定在一起，支撑架19的顶部横向安装有第二电机18，第二电机18的输出轴与旋转横梁17键连接，旋转横梁17上位于吊钩8的正上方固定安装有转轮16，转轮16上缠绕有吊绳15，吊绳15一端固定在转轮16上，另一端安装有悬吊挂钩14。

本实施例的使用方法：

本实施例中，在使用之前，首先需要将镍锅4用无水乙醇擦拭，才能将待检测的GaAs衬底缓慢竖直夹持在两相邻最近的夹片5之间，并用KOH粉末将GaAs衬底全部覆盖，然后将镍锅4和镍锅盖6旋紧，用悬吊挂钩14勾住吊钩8，通过开启第二电机18正转开关，吊绳15伸长，将镍锅4平稳放置进旋转基台3上，然后关闭第二电机。

通过开启第一电机2，从而带动旋转基台3开始旋转，旋转的转速不宜过快，过快容易导致GaAs衬底片在夹片5内晃动，从而导致GaAs衬底上出现划痕和碰伤，镍锅4旋转的同时向电热丝11通电，电热丝11开始加热，加热一段时间后，通过安装在箱体9内壁的温度传感器21感应箱体9内的温度，将温度以电流信号输出到A/D转换器22，A/D转换器22将电流信号转换为数字信号输出到数字显示器23，当观察到数字显示器23上的温度达到385°左右时，镍锅5内的温度达到了KOH的熔点，由于在箱体9外部覆盖了保温层12，所以在此过程中箱体9内的热量不易散失，加快了KOH固体粉末转变为熔融态的过程。在KOH变为熔融态的过程中，旋转基台3带动镍锅4缓慢的旋转，既可以保证熔融态KOH溶液在镍锅4中有一定程度的流动，又有助于KOH溶液全面腐蚀GaAs片，对GaAs衬底后续的表面缺陷及腐蚀坑密度的精确核算提供了保证。

在加热腐蚀过程中，KOH强碱在腐蚀GaAs衬底过程中发生化学反应，产生一些腐蚀性气体，使得箱体内部气压增大，此时废气可通过镍锅盖6上设置的排气孔7中排出到箱体9内，废气又从排气管13中排出进行下一步处理。待电热丝11加热了10-15min后，此时镍锅5内的温度达到了KOH的熔点，此时KOH固体粉末开始转变为熔融态，在此过程中，第一电机仍然继续运作，带动镍锅4继续在箱体9内旋转，通过在箱体9四周设置电热丝11，能够保持箱体9内的温度稳定在KOH的熔点左右。

当腐蚀开始后，减小电热丝11的输入功率，保持温度维持在一定范围内，此时第一电机2仍旧运作，镍锅4继续旋转，此过程持续0-5min后，关闭第一电机2，关闭电热丝11输入开关。随即启动第二电机18使其反转，带动悬挂吊钩14将镍锅4从箱体9中提拉出来，使其在空气中快速冷却，关闭第二电机18，等待镍锅4冷却后，工作人员即可手动将镍锅4中的GaAs衬底取出。使用去离子水冲洗表面后，操作人员即可对GaAs衬底表面的位错密度进行核算。

以上对本实用新型提供的一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，包括箱体、第一电机、底座和旋转基台，其特征在于：所述箱体内安装有电热丝，所述箱体的底部分别与第一电机和底座固定连接，所述箱体的底部开设有第一通孔，所述第一电机的输出轴穿过第一通孔与旋转基台连接，所述第一电机的输出轴与第一通孔间隙配合，所述旋转基台安装在箱体内，所述旋转基台上放置有镍锅，所述镍锅的底部内壁安装有多个夹片，所述镍锅的开口处可拆卸连接有镍锅盖，所述箱体的顶部开设有第二通孔，所述镍锅盖与第二通孔间隙配合，所述镍锅盖的侧壁开设有排气孔。

2.根据权利要求1所述的一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，其特征在于：所述箱体的外壁包覆有保温层，所述保温层的材料为陶瓷纤维。

3.根据权利要求2所述的一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，其特征在于：所述箱体的顶部安装有与箱体的内部连通的排气管。

4.根据权利要求2所述的一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，其特征在于：所述箱体的内壁安装有温度传感器，所述箱体的顶部安装有A/D转换器和数字显示器，所述温度传感器与所述A/D转换器电连接，所述A/D转换器与所述数字显示器电连接。

5.根据权利要求4所述的一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，其特征在于：所述箱体的侧壁为中空结构，所述中空结构内安装有电热丝安装管，所述电热丝安装在电热丝安装管内。

6.根据权利要求1所述的一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，其特征在于：所述夹片为网状结构。

7.根据权利要求1所述的一种应用于GaAs衬底的KOH腐蚀装置，其特征在于：所述镍锅盖的顶部中心设置有吊钩，所述底座固定连接有支撑架，所述支撑架顶部横向安装有第二电机，所述第二电机的输出轴键连接有旋转横梁，所述旋转横梁上固定安装有转轮，所述转轮上缠绕有吊绳，所述吊绳一端与所述转轮固定连接，另一端固定连接有悬吊挂钩，所述悬吊挂钩位于所述吊钩正上方。

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