一种用于碳化硅晶片腐蚀装置[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021747962.0
(22)申请日 2020.08.20
(73)专利权人 福建北电新材料科技有限公司
地址 362211 福建省泉州市晋江市陈埭镇
江浦社区企业运营中心大厦
(72)发明人 胡秋冬　
(74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人 汤东凤
(51)Int.Cl.
C30B 33/10(2006.01)
C30B 29/36(2006.01)
(54)实用新型名称一种用于碳化硅晶片腐蚀装置(57)摘要本实用新型公开了一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，包括机械臂、坩埚和加热炉，坩埚放置在加热炉内，坩埚内装有碱性腐蚀液，所述机械臂包括立柱、正反转电机、升降支架和机械手，正反转电机安装在立柱上，所述升降支架由固定导轨、齿轮条和“7”字型支架组成，所述正反转电机主轴前面装有齿轮，所述正反转电机转动带动齿轮转动，通过齿轮条及固定导轨带动支架上下移动，所述支架前端通过快速转换接头连接机械手。

本实用采用自动化的将晶片放入强碱腐蚀液，代替人为操作，避免人员受到伤害，且机械手设置有一定的倾斜角，使得晶片倾斜的进入到强碱腐蚀液中，容易被浸没，倾斜的拿出，减少了腐蚀液附着在晶片的表面张力，解决了破片和过腐
蚀的风险。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 213061107 U 2021.04.27
C N 213061107
U
1.一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，其特征在于：包括机械臂(1)、坩埚(2)和加热炉(3)，所述坩埚(2)放置在加热炉(3)内，坩埚(2)内装有碱性腐蚀液(4)，所述机械臂(1)包括立柱
(11)、正反转电机(12)、升降支架(13)和机械手(14)，所述正反转电机(12)安装在立柱(11)上，所述升降支架(13)由安装在立柱侧面的固定导轨(131)、齿轮条(132)和“7”字型支架(133)组成，所述正反转电机(12)主轴前面装有齿轮(121)，所述齿轮(121)与升降支架的齿轮条(132)相啮合，所述正反转电机(12)转动带动电机上的齿轮(121)进行转动，通过升降支架(13)上的齿轮条(132)及固定导轨(131)带动支架(133)上下移动，所述支架(133)前端通过快速转换接头(5)连接机械手(14)，所述机械手(14)两端分别设有短夹爪(141)，中间设有长夹爪(142)，所述两个短夹爪(141)和长夹爪(142)倾斜一定角度。

2.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，其特征在于：所述正反转电机
(12)通过设置在立柱侧面的向上按钮(6)和向下按钮(7)控制电机转动方向。

3.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，其特征在于：所述立柱(11)上对应升降支架设有上限位传感器(8)和下限位传感器(9)。

4.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，其特征在于：所述加热炉(3)内设有电热丝(31)，加热炉(3)外包覆保温棉(32)。

5.根据权利要求4所述的一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，其特征在于：所述加热炉(3)侧面安装有温度显示器(33)和温度控制器(34)。

权　利　要　求　书1/1页CN 213061107 U
一种用于碳化硅晶片腐蚀装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及半导体设备技术领域，具体为一种用于碳化硅晶片腐蚀装置。

背景技术
[0002]碳化硅是继第一代半导体Si、第二代半导体GaAs，InP等之后发展起来的重要的第三代半导体材料，具有禁带宽度大，热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高和相对介电常数低等的特点，在高温、高频、大功率、微电子器件等方面和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势，因此,碳化硅是微电子、电力电子和光电子等高新技术进入21世纪后赖以持续发展的重要半导体材料之一。

近年来迅速渗透到照明，电力器件，微波射频等，已成为国际关注的焦点，在下一代功率器件的制造和外延生长中，对单晶材料质量有严格的要求。

因此，要确认碳化硅衬底质量好坏需要对碳化硅衬底进行腐蚀，观察缺陷分布(碳化硅缺陷主要为：MPD、TSD、TED、BPD)，判断缺陷好坏决定是否继续往下加工，减少后段加工成本损失且能从源头直接杜绝碳化硅晶片品质。

[0003]因此，为了得到高品质的碳化硅晶片需要对碳化硅衬底进行腐蚀，然后在显微镜下判断腐蚀后碳化硅晶片呈现出缺陷分布，晶体缺陷主要是由于在晶体生长过程中应力释放、杂质粒子引入等因素造成。

缺陷密度不仅决定晶体材料质量，而且对所制备的器件性能和寿命有着直接的影响，直接限制晶体材料的广泛应用和发展。

[0004]现有检测晶体中缺陷密度主要是通过在熔融态的强碱溶液作为腐蚀，在操作过程中操作人员将碳化硅晶片放置于承载装置中然后用手将承载装置放入加热坩埚中熔融态的强碱溶液中。

首先人员在高温强腐蚀的操作环境中，容易造成人员烧伤和危险；其次，传统承载装置中晶片水平放置，在浸入熔融的腐蚀液中由于表面张力作用，到最后碳化硅晶片很难及时的完全被腐蚀液浸没，导致晶片不同区域腐蚀不均匀；再次，当腐蚀完成时，晶片从腐蚀液取出时，腐蚀液附着在晶片表面不能及时脱离，容易造成晶片破片或过腐蚀等异常现象。

基于以上采用人工手动操作进行作业的腐蚀方法，存在诸多缺陷。

因此我们设计了一款用于碳化硅晶片腐蚀装置。

实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种采用自动化的将晶片放入强碱腐蚀液，代替人为操作的用于碳化硅晶片腐蚀装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，包括机械臂、坩埚和加热炉，所述坩埚放置在加热炉内，坩埚内装有碱性腐蚀液，所述机械臂包括立柱、正反转电机、升降支架和机械手，所述正反转电机安装在立柱上，所述升降支架由安装在立柱侧面的固定导轨、齿轮条和“7”字型支架组成，所述正反转电机主轴前面装有齿轮，所述齿轮与升降支架的齿轮条相啮合，所述正反转电机转动带动电机上的齿轮进行转动，通过升降支架上的齿轮条及固定导轨带动支架上下移动，所述支架前端通过快速转换接头连接机械手，所述机械手两端分别设有短夹爪，中间设有长夹爪，所述两个短夹爪
和长夹爪倾斜一定角度。

[0007]优选的，所述正反转电机通过设置在立柱侧面的向上按钮和向下按钮控制电机转动方向。

[0008]优选的，所述立柱上对应升降支架设有上限位传感器和下限位传感器。

[0009]优选的，所述加热炉内设有电热丝，加热炉外包覆保温棉。

[0010]优选的，所述加热炉侧面安装有温度显示器和温度控制器。

[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0012]本实用新型采用自动化的将晶片放入到熔融的强碱腐蚀液，代替人为操作将晶片放入腐蚀液里面，避免人员受到伤害，且机械手设置有一定的倾斜角，使得碳化硅晶片倾斜的进入到熔融的强碱腐蚀液中，碳化硅晶片容易被熔融的强碱腐蚀液中给浸没，同理当取出晶片时，也是倾斜的拿出，晶片上残留的熔融的腐蚀液也会随着机械手倾斜一定的角度，回留到镍坩埚内，减少了腐蚀液附着在晶片的表面张力，解决了破片和过腐蚀的风险。

附图说明
[0013]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0014]图2为本实用新型的机械手结构示意图。

具体实施方式
[0015]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，都属于本实用新型保护的范围。

[0016]实施例
[0017]请参阅图1‑2，本实用新型提供一种技术方案：一种用于碳化硅晶片腐蚀装置，包括机械臂1、坩埚2和加热炉3，所述坩埚2放置在加热炉3内，坩埚2内装有碱性腐蚀液4，所述机械臂1包括立柱11、正反转电机12、升降支架13和机械手14，所述正反转电机12安装在立柱11上，正反转电机12 通过设置在立柱侧面的向上按钮6和向下按钮7控制电机转动方向，所述升降支架13由安装在立柱侧面的固定导轨131、齿轮条132和“7”字型支架 133组成，所述正反转电机12主轴前面装有齿轮121，所述齿轮121与升降支架的齿轮条132相啮合，所述正反转电机12转动带动电机上的齿轮121进行转动，通过升降支架13上的齿轮条132及固定导轨131带动支架133上下移动，所述立柱11上对应升降支架设有上限位传感器8和下限位传感器9，所述支架133前端通过快速转换接头5连接机械手14，所述机械手14两端分别设有短夹爪141，中间设有长夹爪142，所述两个短夹爪141和长夹爪142 倾斜一定角度，所述加热炉3内设有电热丝31，加热炉3外包覆保温棉32，所述加热炉3侧面安装有温度显示器33和温度控制器34。

[0018]工作原理：首先将碱性腐蚀液4放入到镍材质制作的坩埚2里面；将坩埚2放到加热炉3炉腔里面(炉腔内有保温棉和温度传感器)，打开加热炉温度控制开关，这时电热丝31将会对坩埚2进行加热，将强碱腐蚀液4加热到一定温度(300‑550℃)；将对应的不同晶片尺寸(4inch/5inch/6inch等) 的机械手14(材质镍)通过快速转换接头，将机械手14固定在支架
133上；将要腐蚀的碳化硅晶片放入到相应的机械手14夹爪内；待温度显示器显示的温度到达指定温度并且趋于稳定时，此时按下立柱11上控制电机正反转的开关向下按钮7，使升降支架13向下移动；当升降支架13接触到下限位传感器 9时，此时电机自动停止转动，机械手13带着碳化硅晶片完全浸没在熔融的强碱腐蚀液内，进行腐蚀；待腐蚀时间完成后，此时按下立柱11上控制电机正反转的开关向上按钮6，电机上的齿轮带动升降支架上的齿轮条132，使升降支架13缓慢上升，并接触到上限位传感器8时，此时电机自动停止转动，晶片静置在机械手13内进行冷切，此时晶片上残留的熔融的腐蚀液也会随着机械手倾斜一定的角度，留到镍坩埚内；用测温枪测量碳化硅晶片温度，待碳化硅晶片冷切后，用镊子将碳化硅晶片从机械手13上取下来进行清洗；将清洗好的碳化硅晶片放到显微镜进行晶体缺陷的观察，判断腐蚀后碳化硅晶片上的缺陷分布和缺陷密度是否达到生产的要求。

[0019]本实用新型采用自动化的将晶片放入到熔融的强碱腐蚀液，代替人为操作将晶片放入腐蚀液里面，避免人员受到伤害，且机械手设置有一定的倾斜角，使得碳化硅晶片倾斜的进入到熔融的强碱腐蚀液中，碳化硅晶片容易被熔融的强碱腐蚀液中给浸没，同理当取出晶片时，也是倾斜的拿出，晶片上残留的熔融的腐蚀液也会随着机械手倾斜一定的角度，回留到镍坩埚内，减少了腐蚀液附着在晶片的表面张力，解决了破片和过腐蚀的风险。

[0020]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

[0021]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0022]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

图1
图2。