[发明专利]晶片保持器和方法

说明书

一种用于在用电解液进行电化学多孔化期间保持半导体晶片的晶片保持器包括：壳体，其用于容纳半导体晶片；壳体中的孔口，半导体晶片的上表面通过该孔口可暴露于电解液；密封件，其围绕孔口延伸，用于防止电解液进入壳体中；以及电触头，其用于与半导体晶片进行电连接。一种半导体晶片的电化学多孔化的方法包括以下步骤：将半导体晶片放置在晶片保持器中；将壳体浸入电解液中，使得半导体晶片的表面通过孔口暴露于电解液；以及在半导体晶片与电解液之间施加电势差。

技术领域

本发明涉及用于在用电解液进行电化学多孔化期间保持半导体晶片的晶片保持器,以及涉及半导体晶片的电化学多孔化的方法。

背景技术

电化学多孔化或“蚀刻”是一种用于生产多孔III族氮化物半导体结构的已知技术。在该技术中，将III族氮化物半导体样品部分地浸入电解液(或“蚀刻剂”)液体中并用作电化学电池中的阳极。在样品与电解液之间施加电势差，从而使得电解液选择性地使半导体样品的具有高载流子浓度的部分多孔化。通常使用分层的半导体样品，使得具有不同载流子浓度的层被多孔化到不同程度。

公开了通过电化学蚀刻方法生成纳米多孔GaN的可能性的一个现有技术文献是WO2011/094391A1，其中，通过使n型掺杂GaN与电解液接触并施加蚀刻电势来蚀刻n型掺杂GaN以生成孔隙。WO2011/094391A1(段落[0031])描述了两种类型的GaN结构的蚀刻。在第一种类型中，使n型掺杂GaN的暴露层的表面与电解液接触并被蚀刻，从而生成多孔层。蚀刻垂直于层表面进行，在WO2011/094391A1中被称为竖向蚀刻。在第二种类型的结构中，在n型掺杂GaN层上形成无掺杂GaN的顶层。n型掺杂GaN因此形成次表面层。然后，层被干法蚀刻或解理以形成沟槽，这些沟槽暴露层的边缘或侧壁，并且这些边缘可暴露于电解液。然后，从n型层的暴露边缘开始，选择性地进行蚀刻穿过n型层，从而使掺杂的次表面层而不是上覆的无掺杂层多孔化。在WO2011/094391A1中，这被称为水平蚀刻或横向蚀刻。

n型GaN的电化学蚀刻已在遵循WO2011/094391A1的以下教导的多种学术论文中进一步描述：蚀刻可“竖向地”进行，直接进入到暴露的n型GaN表面中，或“水平地”进行，进入到夹在两个无掺杂GaN层之间的n型GaN层中和/或电绝缘基层的边缘中。

最近，WO2019/063957A1公开了通过蚀刻穿过具有低载流子密度的表面层而进行的次表面III族氮化物结构的电化学多孔化。与其它现有技术文献的“水平”蚀刻方法不同，WO2019/063957A1的方法允许次表面结构被多孔化，而不需要次表面结构与蚀刻电解液直接接触。在该方法中，次表面结构通过电化学蚀刻来多孔化，而表面层未被多孔化。

在现有技术中，很少注意到如何最好地将电势差施加到半导体样品。由于现有技术通常被限制于使相对较小实验尺度的样品多孔化，因此，仍需要开发一种用于施加电流以使全尺度半导体晶片多孔化的解决方案。

用于与待多孔化的半导体样品形成电连接的一种典型现有技术方法是在将样品部分浸入液体电解液中之前将电触头(通常为铟丝)焊接到样品的边缘，同时将电触头保持在电解液的表面之上。被测试的样品通常是平的且非常薄的多层结构，因此与样品的侧面或边缘形成电连接意味着与打算被多孔化的每个n型GaN层形成直接连接。这在现有技术中被认为是期望的。

然而，本发明人发现，以这种方式进行的多孔化在大样品上不是特别均匀。特别是在液体电解液的表面和样品边缘周围识别到不均匀的多孔化。

与沟槽被蚀刻到样品中以允许电解液水平进入样品的n掺杂层的WO2011/094391A1技术中不同，WO2019/063957A1的技术已被证明使得能够在不将沟槽预先图案化的情况下使大尺度晶片多孔化。