一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体测试技术领域，特别是涉及一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置。


背景技术：

2.对化合物半导体材料的设计和制造而言，其内部包含的载流子浓度、掺杂厚度以及杂质分布都是必须严格控制的参数，这些参数是衡量半导体材料开关速率和放大倍率的重要参数，尤其是对现在大量应用的光电器件和异质结构双极晶体管来说，其内部各层载流子浓度的误差必须控制在20％以内，这就要求对对化合物半导体的载流子的浓度及分布有更精确更可靠的测量。由于化合物半导体在生产制备过程中工艺复杂，成品容易造成多种缺陷和污染，进而对载流子浓度造成严重影响，既影响其光电性能的实现，也降低了生产效率，增加了产品生产成本。因此，对化合物半导体中载流子浓度及其均匀性的精确监测和控制是半导体制造技术中一个非常关键的技术难点。
3.半导体中的载流子浓度曲线可以通过分析反偏mott-schottky(简称：m-s，莫特-肖特基)势垒耗尽区的c-v特性来得到，而传统的c-v法，受击穿电压(与载流子浓度的高低有关)、异质、多层等因素的限度，不适用于
ⅲ‑ⅴ
族类化合物半导体材料，另外，对于高掺杂、耗尽区非常窄的半导体材料来说，传统的c-v法测量的深度也非常有限；目前，通过ecv法(电化学法)检测半导体中的载流子浓度已有一些应用，利用合适的电解液，既可作为肖特基接触的电极用于测量c-v特性，又可进行电化学腐蚀，因此可以层层剥离且剖面深度不受反向击穿的限制，还可用于测量pn结，但ecv法对测试设备的整体要求较高。
4.中国专利cn201721755097提供了一种抛光装置及ecv测试设备，通过凸台与凹槽的配合最终在硅片电池片上抛光得到环形的抛光区域，使得经该装置抛光的硅片电池片在ecv测试时不易漏液，该装置试图对测试硅片进行抛光以达到贴合精密的作用，但仅通过光滑面贴合，难以判断化合物半导体的压紧程度。
5.鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.针对传统的c-v法(及其测试设备)不适用于
ⅲ‑ⅴ
族类化合物半导体，且对化合物半导体测量的深度受限的技术问题，本实用新型基于ecv法，为ecv法的应用提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置。
7.进一步的，本实用新型针还对传统的ecv测试设备测试过程无法判定化合物半导体压紧状况的技术问题提供一种解决方案。
8.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
9.本实用新型提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，包括：
10.设于壳体内部的电解池；所述电解池用于储放电解液；
11.设于壳体内部并位于所述电解池下方的化合物半导体固定机构；所述化合物半导
体固定机构用于对待测化合物半导体进行固定；以及，
12.内置有控制程序的主控板和内置有检测程序的电化学测量板；
13.其中，所述主控板与所述电化学测量板通信连接，所述主控板通过控制所述电化学测量板对待测化合物半导体的载流子浓度进行检测。
14.优选的，所述化合物半导体固定机构包括：
15.用于放置待测化合物半导体的翻转底板；
16.设于所述翻转底板下方的真空吸盘，所述真空吸盘通过所述翻转底板上设置的通孔与所述固定台连通；以及，
17.用于驱动所述真空吸盘的真空泵；
18.其中，所述真空泵与所述主控板电气连接。
19.优选的，所述翻转底板上设有工作电极压簧片，所述工作电极压簧片与所述翻转底板活动连接；
20.在检测时，所述工作电极压簧片与待测化合物半导体抵触连接。
21.优选的，还包括压力传感器，所述压力传感器与所述主控板电气连接，通过所述压力传感器反馈的压力数据判断待测化合物半导体的压紧程度。
22.优选的，还包括：
23.推进机构；所述推进机构与所述电解池固定连接；以及，
24.用于驱动所述推进机构的步进电机；
25.其中，所述步进电机与所述主控板电气连接。
26.优选的，所述推进机构包括丝杆滑台和触碰开关，所述触碰开关设于所述丝杆滑台上；其中，所述触碰开关用于所述丝杆滑台的回零归位。
27.优选的，所述化合物半导体固定机构还包括接近开关，所述接近开关设于所述翻转底板上；其中，在所述翻转底板靠近所述电解池时，所述步进电机开始驱动所述推进机构行进。
28.优选的，所述电解池侧面有设有进液口、底部设有排液口、顶部设有溢液口、正面设有检测口、后侧设有透明观察窗；其中，在检测时，所述检测口能与待测化合物半导体压力接触。
29.优选的，还包括光照摄像部件，所述光照摄像部件与所述透明观察窗对齐。
30.优选的，还包括：
31.设有气路和液路的气液切换机构；以及，
32.用于实现所述气液切换机构的气路和液路切换的电磁阀；
33.其中，液路用于所述电解池的射流清洗，气路用于所述电解池的吹扫干燥。
34.针对现有技术中的不足，本实用新型所能取得的有益效果为：
35.本实用新型提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，基于ecv法，通过内置有检测程序的电化学测量板，在内置有控制程序的主控板的控制下，可测量待测化合物半导体在不同深度下载流子浓度的剖面分布情况，检测过程可自动一键自动进行，检测数据自动生成检测图表，操作方式简单，测量精度高，针对不同类型的化合物半导体材料，搭配使用不同类型的电解液，可实现不同类型的化合物半导体的检测，具有广泛的应用范围。
36.进一步的，本实用新型通过设置的化合物半导体固机构，配合压力传感器、光照摄像部件，在检测过程中，可对待测化合物半导体的情况进行可视化的监控；同时，本实用新型通过设置的气液切换机构的应用，在检测完成后，还能实现自行清洁。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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获得其他的附图。
38.图1是本实用新型提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置的整体结构示意图；
39.图2是本实用新型提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置的前侧结构示意图；
40.图3是本实用新型提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置的后侧结构示意图；
41.图4是本实用新型提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置在不同极化测试电位下的m-s曲线图；
42.图5是本实用新型提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置在同一极化测试电位下的m-s曲线图；
43.图6是本实用新型提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置在同一极化测试电位下载流子浓度随化合物半导体刻蚀深度的测试曲线图；
44.图7是本实用新型提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置的使用过程流程图。
45.在附图中，相同的附图标记用来表示相同的部件或结构，其中：
46.1-化合物半导体固定机构；2-工作电极压簧片；3-ptfe台面；4-翻转底板；
47.5-排液泵；6-排液口；7-电解池；8-光照摄像部件；9-参比电极；10-溢液口；11-进液口；12-丝杆滑台；13-压力传感器；14-显示屏；15-急停按钮；16-电源开关；17-电磁阀；18-蠕动泵18；19-主控板；20-电化学测量板；21-电化学测量板电源模块；22-开关电源；23-步进电机驱动器；24-ac220v输入口；25-网口；26-负压接头；27-氮气接头；28-真空泵；29-氮气减压阀。
具体实施方式
48.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
49.在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
50.此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
51.本实施例提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，如图1-图3所示，包括：设于壳体内部的电解池7、设于壳体内部并位于所述电解池7下方的化合物半导体固定机构1，以及，内置有控制程序的主控板19和内置有检测程序的电化学测量板20；在本实施例中，优选的，壳体前视区域部分采用6061铝合金板材作为主体框架结构，壳体后视区域部分采用sgcc优质镀锌钢板作为主体框架结构，所述电解池7是待测化合物半导体的电化学反应容器，所述电解池7用于储放电解液，所述化合物半导体固定机构1用于对待测化合物半导体进行固定，所述化合物半导体固定机构1具有可靠的和可视化的固定效果；所述主控板19与所述电化学测量板20通信连接，所述主控板19通过控制所述电化学测量板20对待测化合物半导体的载流子浓度进行检测，将事先编排的控制程序和检测程序分别写入所述主控板19与所述电化学测量板20中，通过接收用户在显示屏14上输入的操作指令，实现控制过程和检测过程的自动化作业，其中，所述电化学测量板20具有恒电位/恒电流刻蚀与阻抗-电压曲线测量功能，其测试原理是通过电化学阻抗测量不同深度处的电化学电容，再基于m-s方程计算出载流子浓度，通过循环进行的连续刻蚀和电容测量等步骤，测得待测化合物半导体在不同深度下载流子浓度的剖面分布数据。
52.在本实施例中，所述电解池7中储放的电解液类型，可以根据待测化合物半导体的类型进行适配，所述待测化合物半导体的类型，例如，有gaas(砷化镓)、inp(磷化铟)、gan(氮化镓)等类型的化合物半导体，以及，常见的含有si(硅)等类型的化合物半导体，本实施例提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，均可满足上述不同类型的化合物半导体的检测需求，具有较为广泛的应用场景。
53.在具体实现时，所述电解池7采用ptfe材质设计加工，具有耐寒、耐热、耐腐蚀等特性，容积约为10ml，所述电解池7侧面有设有进液口11、底部设有排液口6、顶部设有溢液口10、正面设有检测口、后侧设有透明观察窗，所述进液口11设计有一定的倾斜角度，所述进液口11既能作为电解液的入口，也可以作为清洗液的入口，通过蠕动泵18来注入液体，在排液泵5的作用下，所述排液口6用于测试完后电解液或者清洗液的排出，在检测时，所述检测口能与待测化合物半导体压力接触，优选的，所述检测口设有密封圈，另外，所述电解池7的顶部还设有参比电极9，所述电解池7的侧面还设有辅助电极，参比电极9、辅助电极和工作电极压簧片2构成三电极体系；为了清楚的观察到所述电解池7内部的情况，例如，观察待测化合物半导体表面是否出现气泡，以及，观察所述电解池7内部的气泡分布状态，作为实现检测过程的可视化之一，本实施例提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，还包括光照摄像部件8，所述光照摄像部件8与所述透明观察窗对齐，具体的，所述光照摄像部件8由见光源、紫外光源和高清摄像头组成，通过堆叠、环绕的方式进行布置设计。
54.在具体实现时，所述化合物半导体固定机构1包括：用于放置待测化合物半导体的翻转底板4、设于所述翻转底板4下方的真空吸盘，所述真空吸盘通过所述翻转底板4上设置的通孔与所述固定台连通；以及，用于驱动所述真空吸盘的真空泵28；其中，所述真空泵28与所述主控板19电气连接；所述翻转底板4的上表面为ptfe台面3上可放置2～8寸的晶圆，所述通孔数量优选为3-5个，所述通孔直径约1mm，实际实现时，所述翻转底板4与壳体轴连，所述翻转底板4具有翻转折叠功能，可向上翻转约90度，通过将所述翻转底板4向上翻转，使
得放置于所述翻转底板4上的待测化合物半导体能与所述检测口接触，所述翻转底板4上设有工作电极压簧片2，所述工作电极压簧片2与所述翻转底板4活动连接；在检测时，所述工作电极压簧片2与待测化合物半导体抵触连接，优选的，所述工作电极压簧片2采用1mm厚的镀镍磷铜片，与待测化合物半导体抵触连接的部位点焊镀银触点，所述工作电极压簧片2可以360
°
旋转，同时也可以径向抽拉，以适应不同规格尺寸的待测化合物半导体，所述真空吸盘设于所述翻转底板4下方，所述真空吸盘通过所述真空泵28来驱动，优选的，所述真空泵28为内置式的小型真空泵。
55.在实现检测过程的可视化方面，进一步的，本实施例提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，还包括压力传感器13，所述压力传感器13与所述主控板19电气连接，通过所述压力传感器13反馈的压力数据判断待测化合物半导体的压紧程度，具体实现的，所述压力传感器13反馈的压力数据以数值方式传送给所述主控板19，并通过显示屏14动态呈现给用户，以供用户判断待测化合物半导体的压紧程度，在必要时，用户可对待测化合物半导体的压紧程度进行调节。
56.在其中一种可实现方式中，本实施例提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，还包括：推进机构和步进电机，所述推进机构与所述电解池7固定连接，所述步进电机用于驱动所述推进机构行进；其中，所述步进电机与所述主控板19电气连接；在具体实现时，所述推进机构包括丝杆滑台12和触碰开关，所述触碰开关设于所述丝杆滑台12上，所述触碰开关用于所述丝杆滑台12的回零归位，优选的，所述丝杆滑台12采用精密防尘滚珠，所述步进电机则通过步进电机驱动器22驱动；进一步的，所述化合物半导体固定机构还包括接近开关，所述接近开关设于所述翻转底板4上，所述接近开关作为位置开关，无需与运动部件进行机械直接接触，感应面到动作距离时，即可行使开关动作；其中，只有在所述翻转底板4靠近所述电解池7时，所述步进电机开始驱动所述推进机构行进。
57.在其中一种可实现方式中，为了不影响后续使用时的检测结果，实现测试装置的自行清洁，本实施例提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，还包括：设有气路和液路的气液切换机构；以及，用于实现所述气液切换机构的气路和液路切换的电磁阀17，其中，液路用于电解池7的清洗，气路用于电解池7的干燥，具体实现时，气路有设有氮气减压阀29，通过使用氮气对电解池7进行吹扫干燥，液路通过蠕动泵18进行射流冲洗，其中，气路还设有负压接头26、氮气接头27、氮气减压阀29等功能实现部件。
58.如图4-图7所示，是应用本实施例提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置的测试曲线图，具体应用时，以待检测化合物半导体为gaas(砷化镓)为检测样品对象，将极化电流基本保持恒定的极化电位范围确定为m-s中的电压扫描范围，设置相同极化时间下不同极化电位进行恒电位极化测试，测试结果如图4所示；针对测试结果，由于m-s曲线越陡峭说明待检测化合物半导体剖分层面中的载流子浓度越低，选择极化电位1.5vsce下进行循环恒电位极化-阻抗电位扫描测试，测试次数为5次，测试结果如图5所示，所测得的m-s曲线变化不大，重合性高，说明测装置拥有良好的测试稳定性和重现性；进一步的，根据刻蚀深度的计算公式，得到gaas在极化电位1.5vsce下循环5次的载流子浓度随腐蚀深度的变化曲线，测试结果如图6所示，测试曲线基本成线性，表明该装置测试结果具有较高的稳定性，以及，该gaas测试样品在不同深度下载流子浓度基本均匀。
59.本实施例提供的一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，如图7所示，
实现过程如下：
60.通过ac220v输入口24给测试装置上电，通过开关电源22提供设备各电气部分所需要的工作电压，用户通过显示屏14输入相关的操控指令，通过真空吸盘，将待测化合物半导体吸附固定在翻转底板4上，将翻转底板4向上翻转靠近电解池7，接近开关探测到翻转底板4靠近电解池7后，所述步进电机开始驱动所述推进机构行进，保持待测化合物半导体与检测口压力接触，向电解池7中注入电解液，用户输入测试指令后，装置自动开始对待测化合物半导体中的载流电子进行检测，测试过程可以选择性开启光照摄像部件8对电解池内部的气泡状态进行观测，装置自动对测试数据进行处理并生成检测图表，如测试过程存在异常，用户可按急停开关15暂停或中断测试过程，测试数据通过网口25传送到外围工作站，测试完成后，通过电磁阀17进行气路和液路切换，先用液路对电解池7进行射流清洗，再用气路对电解池7进行吹扫干燥。
61.综上所述，本实用新型提供一种用于化合物半导体载流子浓度剖分测试的装置，拥有良好的测试稳定性和重现性，可测量化合物半导体在不同刻蚀深度下的载流子浓度，并同步生成测试曲线，操作方式简单，测量精度高，配合不同类型的电解液，可为各类化合物半导体的外延生产调试提供重要的参考依据，应用的范围广，测试过程中，待测化合物半导体固定平稳可靠，测试完成后，能实现测试装置的自行清洁。
62.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。