氮化镓外延片的快速检测方法[发明专利]

[12]发明专利申请公布说明书

[21]申请号200710186131.3

[51]Int.CI.

H01L 21/66 (2006.01)

[43]公开日2009年7月1日[22]申请日2007.12.27[21]申请号200710186131.3

[71]申请人深圳市方大国科光电技术有限公司

地址518055广东省深圳市南山区西丽镇龙井方

大工业城[72]发明人李刚 郭爱华

[11]公开号CN 101471271A

[74]专利代理机构深圳市顺天达专利商标代理有限公

司

代理人郭伟刚 张秋红

权利要求书 3 页 说明书 10 页

[]发明名称

氮化镓外延片的快速检测方法

[57]摘要

本发明公开一种氮化镓外延片的快速检测方法，包括外延片退火、清洗、ICP刻蚀、去氧化层清洗、光刻、蒸镀电极、剥离、合金、检测步骤，本发明可方便、快速、准确地检测外延片的各项技术指标。

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权 利 要 求 书

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1、一种氮化镓外延片的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)、外延片退火：从金属有机物化学气相淀积设备生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气在600-1200度下保持10～60min；

2)、清洗：使用溶剂对待检外延片清洗处理，再用去离子水冲洗干净； 3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜遮盖待检外延片，待检外延片在与定位边相对的另一边裸露出一部分，通过ICP刻蚀将露出部分刻蚀到N型氮化镓层；

4)、去氧化层清洗：依次用酸溶液、碱溶液、有机溶剂、去离子水清洗，以除去氧化层；

5)、光刻：在待检外延片的上、下、左、右与正中间光刻出图形； 6)、蒸镀电极：把光刻后的待检外延片蒸镀镍和金两层金属电极； 7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形； 8)、合金：用高温退火炉在400-600度下通入氮气与氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，然后对此待检外延片的各项参数进行测试。

2、如权利要求1所述的氮化镓外延片的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、外延片退火：从金属有机物化学气相淀积生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在800-1000度下的

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保持15—40min；

2)、清洗：使用丙酮、乙醇、36-38％的盐酸溶液超声处理，最后用去离子水冲洗待检外延片的表面；

3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜遮盖待检外延片，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度为4000-12000埃；

4)、去氧化层清洗：依次用36-38％盐酸、40％氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

5)、光刻：在待检外延片上涂布负胶，经过前烘、曝光、后烘、显影，用去离子水冲洗后，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形； 6)蒸镀电极：利用电子束蒸镀技术对光刻后的待检外延片蒸镀镍和金两层金属，其中镍的厚度为35埃，金的厚度为120埃；

7)剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形； 8)合金：将检外延片放入高温退火炉，在400-600度下通入体积比为3:1～1:5的氮气和氧气的混气体进行退火处理，以减少Ni/Au电极跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机对此待检外延片的各项参数进行测试。

3、如权利要求2所述的氮化镓外延片的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、外延片退火：从金属有机物化学气相淀积生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在600度下的保持15min；

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2)、清洗：分别使用丙酮、乙醇、36％盐酸溶液超声处理，最后用去离子水冲洗待检外延片的表面；

3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜，将待检外延片遮盖，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不予遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度为5000～10000埃；其中ICP刻蚀条件为：刻蚀气体Cl2的流量为16SCCM，BCl3的流量为40SCCM，功率：RF为250W，ICP为1800W；

4)、去氧化层清洗：依次用36-38％的盐酸、40％的氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

5)、光刻：待检外延片100-150℃下去水烘烤5-15min，冷却10min，在待检外延片上涂布负胶，经过在90-110℃下烘干50-60sec，曝光3.2sec、110-127℃下烘干50-80sec，冷却11min，2.38％TMAH显影27sec，用去离子水冲洗冲洗5-10min，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形； 6)、蒸镀电极：将光刻后的待检外延片装在镀锅上，利用电子束蒸发台蒸镀镍和金两层金属，其中镍厚度为35埃，金厚度为120埃；

7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻图形； 8)、合金：用高温退火炉在400-600度下通入体积比为3:1的氮气和氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理，以减少Ni/Au跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机通入20毫安的电流对此外延片的各项参数进行测试。

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说 明 书

氮化镓外延片的快速检测方法

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技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种氮化镓外延片的检测方法。背景技术

外延片的制造工艺中，由于外延生长条件要求特别严谨，条件稍有变化将会影响外延的正常生长，为了控制氮化镓外延片的质量，需要对刚生长的外延片进行质量检测，在每一炉生长完后必须在最短的时间内拿到检测结果才能决定下一炉的生长条件，在大多数生产厂家要检测刚生长出来的氮化镓外延片的各项指标参数有两种方法，一是购买专门的检测设备，检测费用高，而且这种检测设备只能检测波长、亮度等参数，不能检测电压数据，这种方法有很大的局限性；二是把刚生长的外延片按照正常生产的工艺做成芯片后再检测，正常工艺包括去油清洗--生长SiO2--一次光刻--腐蚀去胶--ICP刻蚀--去掩模--去氧化层--二次光刻--蒸镀ITO--剥离--合金--三次光刻--蒸镀PN电极--剥离--点测等步骤，因此，按照正常的工艺制成芯片，流程相当烦琐，一般要在24小时以后才能得到检测结果，时间很长，而且占用正常工艺的设备资源，物料成本、人工成本都很高。发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种快速、结果准确的氮化镓外延片的快速检测方法。

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本发明采用以下技术方案来解决上述技术问题：一种氮化镓外延片的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、外延片退火：从金属有机物化学气相淀积设备生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气在600-1200度下保持10～60min；

2)、清洗：使用溶剂对待检外延片清洗处理，再用去离子水冲洗干净； 3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜遮盖待检外延片，待检外延片在与定位边相对的另一边裸露出一部分，通过ICP刻蚀将露出部分刻蚀到N型氮化镓层；

4)、去氧化层清洗：依次用酸溶液、碱溶液、有机溶剂、去离子水清洗，以除去氧化层；

5)、光刻：在待检外延片的上、下、左、右与正中间光刻出图形； 6)、蒸镀电极：把光刻后的待检外延片蒸镀镍和金两层金属电极； 7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形； 8)、合金：用高温退火炉在400-600度下通入氮气与氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，然后对此待检外延片的各项参数进行测试。

氮化镓外延片的快速检测方法，优选包括以下步骤：

1)、外延片退火：从金属有机物化学气相淀积生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在800-1000度下的保持15—40min；

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2)、清洗：使用丙酮、乙醇、36-38％的盐酸溶液超声处理，最后用去离子水冲洗待检外延片的表面；

3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜遮盖待检外延片，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度为4000-12000埃；

4)、去氧化层清洗：依次用36-38％盐酸、40％氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

5)、光刻：在待检外延片上涂布负胶，经过前烘、曝光、后烘、显影，用去离子水冲洗后，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形； 6)蒸镀电极：利用电子束蒸镀技术对光刻后的待检外延片蒸镀镍和金两层金属，其中镍的厚度为35埃，金的厚度为120埃；

7)剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形；

8)合金：将检外延片放入高温退火炉，在400-600度下通入体积比为3∶1～1∶5的氮气和氧气的混气体进行退火处理，以减少Ni/Au电极跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机对此待检外延片的各项参数进行测试。

氮化镓外延片的快速检测方法最优选包括以下步骤：

1)、外延片退火：从金属有机物化学气相淀积生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在600度下的保持15min；

2)、清洗：分别使用丙酮、乙醇、36％盐酸溶液超声处理，最后用去离子水

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冲洗待检外延片的表面；

3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜，将待检外延片遮盖，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不予遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度为5000～10000埃；其中ICP刻蚀条件为：刻蚀气体Cl2的流量为16SCCM，BCl3的流量为40SCCM，功率：RF为250W，ICP为1800W；

4)、去氧化层清洗：依次用36-38％的盐酸、40％的氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

5)、光刻：待检外延片100-150℃下去水烘烤5-15min，冷却10min，在待检外延片上涂布负胶，经过在90-110℃下烘干50-60sec，曝光3.2sec、110-127℃下烘干50-80sec，冷却11min，2.38％TMAH显影27sec，用去离子水冲洗冲洗5-10min，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形； 6)、蒸镀电极：将光刻后的待检外延片装在镀锅上，利用电子束蒸发台蒸镀镍和金两层金属，其中镍厚度为35埃，金厚度为120埃； 7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻图形；

8)、合金：用高温退火炉在400-600度下通入体积比为3:1的氮气和氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理，以减少Ni/Au跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机通入20毫安的电流对此外延片的各项参数进行测试。

本发明检测方法快捷方便，可快速检测刚从金属有机物化学气相淀积(MOCVD)生长出来的氮化镓外延片的各项指标参数，包括电压、波长、亮度等

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全部技术指标，并且检测可在3个小时左右完成，大大节省了检测时间，而且可利用现有生产设备，无需额外购买其他检测设备，物料成本和人工成本都很低。

具体实施方式

实施例1，氮化镓外延片的快速检测方法，包括以下步骤： 1)、外延片退火：从MOCVD生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在600度下的保持15min； 2)、清洗：使用丙酮、乙醇、36％的盐酸溶液超声处理，最后用去离子水冲洗待检外延片的表面；

3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜，将要检测的待检外延片遮盖，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不予遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度为5000埃；其中ICP刻蚀条件为：刻蚀气体Cl2的流量为16SCCM，BCl3的流量为40SCCM，功率：RF为250W，ICP为1800W；

4)、去氧化层清洗：依次用38％盐酸，40％氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

5)、光刻：待检外延片100℃下去水烘烤15min，冷却10min，在待检外延片上涂布DNR-L300D1型负胶，转速为3000rpm，涂布50sec，在90℃下烘干60sec，曝光3.2sec、110℃下烘干80sec，冷却11min，2.38％TMAH显影27sec，用去离子水冲洗冲洗5min，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形；

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6)、蒸镀电极：将光刻后的待检外延片装在镀锅上，利用电子束蒸发台蒸镀镍电极与金电极，其中镍电极厚度为35埃，金电极厚度为120埃； 7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形； 8)、合金：用高温退火炉在400度下通入体积比为3:1的氮气和氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理，以减少Ni/Au跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机通入20毫安的电流对此外延片的各项参数进行测试。

其中剥离液的主要成分是乙醇氨，型号是SN—01型，生产厂家是江阴市江化微电子材料有限公司。

实施例2，氮化镓外延片的快速检测方法，包括以下步骤： 1)、外延片退火：从MOCVD生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在1000度下的保持7min； 2)、清洗：使用丙酮、乙醇、38％盐酸溶液超声处理，最后用去离子水冲洗待检外延片的表面；

3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜，将要检测的待检外延片遮盖，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不予遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度4000埃；其中ICP刻蚀条件为：刻蚀气体Cl2的流量为16SCCM，BCl3的流量为40SCCM，功率：RF为250W，ICP为1800W；

4)、去氧化层清洗：依次用37％的盐酸、40％的氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

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5)、光刻：待检外延片120℃下去水烘烤10min，冷却10min，在待检外延片上涂布DNR-L300D1型负胶，转速为4000rpm，涂布50sec，经过在100℃下烘干55sec，曝光3.2sec、115℃下烘干75sec，冷却11min，2.38％TMAH显影27sec，用去离子水冲洗冲洗8min，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形；

6)、蒸镀电极：将光刻后的待检外延片装在镀锅上，利用电子束蒸发台蒸镀镍电极与金电极，其中镍电极厚度为35埃，金电极厚度为120埃； 7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形； 8)、合金：用高温退火炉在500度下通入体积比为1:5的氮气和氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理，以减少Ni/Au跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机通入20毫安的电流对此外延片的各项参数进行测试。

实施例3，氮化镓外延片的快速检测方法，包括以下步骤： 1)、外延片退火：从MOCVD生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在1200度下的保持10min； 2)、清洗：使用丙酮、乙醇、36％的盐酸溶液超声处理，最后用去离子水冲洗待检外延片的表面；

3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜，将要检测的待检外延片遮盖，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不予遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度10000埃；其中ICP刻蚀条件

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为：刻蚀气体Cl2的流量为16SCCM，BCl3的流量为40SCCM，功率：RF为250W，ICP为1800W；

4)、去氧化层清洗：依次用38％盐酸，40％氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

5)、光刻：待检外延片150℃下去水烘烤5min，冷却10min，在待检外延片上涂布DNR-L300D1型负胶，转速为2000rpm，涂布50sec，经过在110℃下烘干50sec，曝光3.2sec、127℃下烘干50sec，冷却11min，2.38％TMAH显影27sec，用去离子水冲洗冲洗10min，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形；

6)、蒸镀电极：将光刻后的待检外延片装在镀锅上，利用电子束蒸发台蒸镀镍电极与金电极，其中镍电极厚度为35埃，金电极厚度为120埃； 7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形； 8)、合金：用高温退火炉在600度下通入体积比为1:1的氮气和氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理，以减少Ni/Au跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机通入20毫安的电流对此外延片的各项参数进行测试。

实施例4，氮化镓外延片的快速检测方法，包括以下步骤： 1)、外延片退火：从MOCVD生长出的每一炉中抽取一片外延片作为待检外延片，放入快速退火炉中，通入氮气，在800度下的保持25min； 2)、清洗：使用丙酮、乙醇、36％的盐酸溶液超声处理，最后用去离子水冲洗待检外延片的表面；

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3)、ICP刻蚀：用废弃的外延片作掩膜，将要检测的待检外延片遮盖，在待检外延片定位边相对的另一侧露出3-4毫米的宽度不予遮盖，通过ICP刻蚀技术将露出部分刻蚀到N型氮化镓层，刻蚀深度12000埃；其中ICP刻蚀条件为：刻蚀气体Cl2的流量为16SCCM，BCl3的流量为40SCCM，功率：RF为250W，ICP为1800W；

4)、去氧化层清洗：依次用38％盐酸，40％氢氧化钾、丙酮、乙醇、去离子水清洗；

5)、光刻：待检外延片150℃下去水烘烤5min，冷却10min，在待检外延片上涂布DNR-L300D1型负胶，转速为2500rpm，涂布50sec，经过在110℃下烘干58sec，曝光3.2sec、127℃下烘干50sec，冷却11min，2.38％TMAH显影27sec，用去离子水冲洗冲洗10min，在待检外延片的上、下、左、右、正中间光刻出图形；

6)、蒸镀电极：将光刻后的待检外延片装在镀锅上，利用电子束蒸发台蒸镀镍电极与金电极，其中镍电极厚度为35埃，金电极厚度为120埃； 7)、剥离：用剥离液剥离去除光刻胶，显露光刻的图形； 8)、合金：用高温退火炉在550度下通入体积比为2:1的氮气和氧气的混合气体对待检外延片进行退火处理，以减少Ni/Au跟待检外延片的欧姆接触，降低电压；

9)、检测：在退火后的待检外延片的N型氮化镓层上点焊铟，使用点测机通入20毫安的电流对此外延片的各项参数进行测试。 本发明与正常工艺检测结果对比：

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在同一炉中抽取10片刚生长的外延片，其中按照正常工艺检测5片，按照本发明快速工艺检测，检测结果见下表：

上表中亮度、电压、波长的检测采用旺矽科技股份有限公司生产的点测机，型号为LEDA-8S测试条件：正向20mA的电流。

从上表可以看出：本发明快速工艺所用时间平均在3小时，正常工艺时间平均在24小时，所用时间是原来的1/8，检测结果与正常工艺相比，平均电压相差0.1伏，波长相差1个纳米，亮度相差1个毫坎德拉以内，完全达到生产技术要求的指标。

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