專利名稱：一種芯片背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鎵微波單片集成電路中的背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
在微波單片集成電路中，需要將芯片正面器件的源端或其它需要接地的元器件通過背面通孔引出接地，具體來講就是在芯片正面電路制作完成之后，在其背面蝕刻盲孔 (簡稱背孔)，并在孔內(nèi)制作導(dǎo)電金屬層來實(shí)現(xiàn)與正面器件的連接，將器件的接地端由這個(gè)金屬通路導(dǎo)出，即先將背面濺射一層起鍍層金屬，然后再用電鍍軟金傳導(dǎo)層的方式加厚到所需厚度。這樣做主要有兩個(gè)目的第一是通過芯片減薄及背面金屬化，可將器件工作所產(chǎn)生的熱量從芯片背面更好地傳導(dǎo)出去，第二則是通過刻蝕盲孔和背面金屬化，可巧妙地利用背部空間整合電路中所需的接地線。因此，背面盲孔刻蝕和背面金屬化技術(shù)是MMIC流程中必不可少的關(guān)鍵工藝之一。在制作背面盲孔刻蝕和背面金屬化的過程中，要求背面起鍍層金屬剛好接觸到正面布線層金屬，進(jìn)而電鍍后才能形成良好的電氣連接以保證接地性能良好。但是，由于濺射背面起鍍層金屬的前一工藝步驟中，盲孔刻蝕過程十分復(fù)雜，導(dǎo)致刻蝕之后，在這種高深寬比(盲孔深度和直徑的比例)的孔洞中，必然會(huì)出現(xiàn)規(guī)則不整的溝壑及凸起，使得孔內(nèi)壁十分粗糙，從而大大影響了接下來背面起鍍層金屬的濺射，使得背面起鍍層金屬與正面布線層金屬的連接出現(xiàn)困難，最終導(dǎo)致正面本應(yīng)接地的器件或PAD無法正常實(shí)現(xiàn)接地功能，使得MMIC電路的性能惡化甚至完全喪失。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)證明在背面起鍍層金屬中引入金屬鎢可以利用其具有的無縫隙地填充孔洞的特性，極大程度地減小背孔內(nèi)壁的粗糙度，從而大大提高背面起鍍層金屬與正面布線層金屬的連通性。傳統(tǒng)的背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)鈦/金(Ti/Au)或略加改進(jìn)的鈦/鎳/鈦/金/鈦 (Ti/Ni/Ti/Au/Ti)等均無法制備出高連通性的背面起鍍層金屬，且傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)層中Au的用量很大，增加了成本。而采用本發(fā)明中的背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)及其制備方法就可很好地解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明針對(duì)制作氮化鎵微波單片集成電路時(shí)用現(xiàn)有的背面起鍍層金屬無法實(shí)現(xiàn)與正面金屬的高連通性，提供了一種氮化鎵微波單片集成電路中的背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)及其制備方法。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種芯片背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)置在經(jīng)過盲孔刻蝕后的芯片背面的襯底層之上，該結(jié)構(gòu)包括第一鈦層、設(shè)置在所述第一鈦層上的鎢層、設(shè)置在所述鎢層上的第二鈦層、以及設(shè)置在所述第二鈦層上的金層。上述方案中，所述第一鈦層的厚度為400人±100 A，所述鎢層的厚度為5000 A士500人，所述第二鈦層的厚度為400 AilOO人，所述金層的厚度為
2000 A士200 A。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種芯片背面金屬起鍍層的制備方法，該方法包括步驟10 在芯片襯底層上旋涂光刻膠，并光刻、顯影形成背面金屬起鍍層圖案；步驟20 在芯片襯底層上剩余的光刻膠和背面金屬起鍍層圖案上通過濺射的方法依次形成第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層；步驟30 將金屬電鍍至背面起鍍層，并用丙酮?jiǎng)冸x光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層，得到所需的除劃片道圖形之外的芯片背面金屬。上述方案中，步驟20中所述第一鈦層的厚度為400人±100 A，所述鎢層的厚度為5000 A±500 A，所述第二鈦層的厚度為400 A±100 A，所述金層的厚度為
2000 A±200 A。上述方案中，步驟30中所述用丙酮?jiǎng)冸x光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層，包括將光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層的背面起鍍層金屬以及電鍍金屬用丙酮浸泡30分鐘，將光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層剝離，然后依次用丙酮和乙醇清洗干凈。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的這種氮化鎵微波單片集成電路中的背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)及其制備方法，背面起鍍層金屬中的金屬鎢具有無縫隙地填充孔洞的特性，可以極大程度地減小背孔內(nèi)壁的粗糙度，從而大大提高背面起鍍層金屬與正面布線層金屬的連通性；且鎢金屬的使用可減少金的用量，從而節(jié)省了成本；背面起鍍層金屬中的第一鈦層改善了鎢層與襯底層的粘附性，第二鈦層解決了金層與鎢層粘附性不好的問題。整個(gè)背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)的制備方法可以通過一次性濺射完成，方法簡單，為整個(gè)GaN MMIC電路良好性能的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明包含背孔和正面需接地金屬PAD在內(nèi)的背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明濺射背面起鍍層金屬之前的背孔俯視圖掃描電鏡照片；圖3為本發(fā)明濺射背面起鍍層金屬之前的背孔側(cè)剖截面圖掃描電鏡照片；圖4為本發(fā)明濺射背面起鍍層金屬并且電鍍之后的背孔及金屬的側(cè)剖截面圖掃描電鏡照片；圖5為本發(fā)明用于驗(yàn)證背面及正面金屬連通性的電流一電壓(I-V)曲線示意圖；圖6為本發(fā)明提供的氮化鎵微波單片集成電路中的背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)的制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明包含背孔和正面需接地金屬PAD在內(nèi)的背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述氮化鎵微波單片集成電路中的背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)設(shè)置在經(jīng)過盲孔刻蝕后的芯片背面的襯底層之上，包括第一 Ti層、設(shè)置在所述第一 Ti層上的W層、設(shè)置在所述W層上的第二 Ti層、以及設(shè)置在所述第二 Ti層上的Au層。由于孔中的襯底層已在背孔刻蝕過程中被去掉，所以孔底區(qū)域的第一 Ti層直接與芯片正面需要接地的金屬PAD即布線金屬層相連接。四層背面起鍍層金屬全部濺射完畢之后，再用電鍍軟金傳導(dǎo)層的方式將背面金屬加厚到所需厚度。(圖1中省略了最后這層電鍍層，且各層厚度并不是按比例畫出，僅為各層的結(jié)構(gòu)示意圖)所述SiC或Al2O3襯底的厚度為90um左右；所述第一 Ti層的厚度為400 A左右； 所述W層的厚度為5000 A左右；所述第二 Ti層的厚度為400 A左右；所述Au層的厚度為 2000 A左右。圖2和圖3為本發(fā)明濺射背面起鍍層金屬之前的兩個(gè)背孔掃描電鏡照片，其中圖 2為背孔的俯視圖照片，圖3為背孔的側(cè)剖截面圖照片。如圖2和圖3所示，在濺射背面起鍍層金屬前的盲孔刻蝕過程中，由于盲孔深度相對(duì)直徑來說較大，刻蝕之后，在這種高深寬比的孔洞中，出現(xiàn)了由于刻蝕不均勻引起的規(guī)則不整的溝壑及凸起，導(dǎo)致孔內(nèi)壁十分粗糙， 從而會(huì)影響接下來背面起鍍層金屬的濺射，有背面起鍍層金屬與正面布線層金屬連接不上的隱患，使正面本應(yīng)接地的器件或PAD無法正常實(shí)現(xiàn)接地功能，大大影響了背孔的高連通性和成品率，最終導(dǎo)致GaN MMIC電路的性能大降甚至無法工作，亟待找到一種背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)和制備方法來解決連通性低的問題，以提高成品率。圖4為本發(fā)明濺射背面起鍍層金屬并且電鍍之后的背孔及金屬的側(cè)剖截面圖掃描電鏡照片。如圖4所示，孔中的金屬依次為背面電鍍層金屬Au、背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)Ti/ W/Ti/Au、正面布線層金屬Ti/Au。從圖4中可以看出，由于在背面起鍍層金屬中引入金屬鎢，無縫隙地填充了孔洞，極大程度地減小了背孔內(nèi)壁的粗糙度，背面電鍍層金屬和正面布線層金屬形成了很好的連接，大大提高了背面和正面金屬的連通性。此外，為了改善金屬W 與SiC或Al2O3襯底層的粘附性，在濺射金屬W之前需要在襯底上先濺射一層金屬Ti以改善表面的接觸性能。同時(shí)，由于金屬W上需濺射金屬Au以利于后續(xù)電鍍金屬Au，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)金屬W與金屬Au直接接觸時(shí)，金屬Au很容易脫落，而金屬Ti與金屬Au的接觸性能良好，這樣中間需要有一層金屬Ti來改善其接觸性能，這樣就形成了本發(fā)明的背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)Ti/W/Ti/Au。實(shí)踐證明，采用此發(fā)明中的背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)更加牢固，剝離過程中不易脫落，并且有很好的電氣性能。經(jīng)采樣測(cè)試，采用此發(fā)明中背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)和制備方法的芯片，背面和正面金屬的連通性達(dá)到90%以上，GaN MMIC整體電路的成品率大大提尚。圖5為本發(fā)明用于驗(yàn)證背面及正面金屬連通性的電流一電壓(I-V)曲線示意圖。 通過連接正面金屬和背面金屬的I-V曲線就可得到其接觸電阻值，從而驗(yàn)證其正背面金屬的連通性。圖5示出了 Ti/W/Ti/Au背面起鍍層金屬與正面布線層金屬的接觸電阻僅為2. 8 歐姆，正背面金屬的連通性能良好。
圖6為本發(fā)明提供的氮化鎵微波單片集成電路中的背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)的制備方法流程圖。如圖6所示，所述氮化鎵微波單片集成電路中的背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟步驟10 在芯片襯底層上旋涂光刻膠，并光刻、顯影形成背面金屬起鍍層圖案。步驟20 在芯片襯底層上剩余的光刻膠和背面金屬起鍍層圖案上用磁控濺射臺(tái)通過濺射的方法依次形成第一 Ti層、W層、第二 Ti層和Au層背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)。所述步驟20中不只是通過在顯影之后沒有光刻膠的背面金屬起鍍層圖案上濺射金屬形成所述背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)，還需要在所述SiC或Al2O3襯底層上由光刻膠形成的圖案(通常為劃片道)上濺射背面起鍍層金屬結(jié)構(gòu)。依次濺射形成厚度為400 A的第一 Ti層、 厚度為5000 A的W層、厚度為400 A的第二 Ti層以及厚度為2000 A的Au層。濺射所述第一 Ti層的功率在400W左右，電壓357V左右，電流1. 16A左右，腔體本底真空度為1 X 10_6mbar 左右，通入Ar氣后的腔體壓力為3. 4 X 10_3mbar左右，Ar氣的通入量為12sCCm左右，濺射時(shí)間在250s左右。濺射所述W層的功率在150W左右，電壓3IOV左右，電流0. 54A左右，腔體本底真空度為IXlO-6Hibar左右，通入Ar氣后的腔體壓力為6. 25X10"3mbar左右，Ar氣的通入量為ISsccm左右，濺射時(shí)間在1870s左右。濺射所述第二 Ti層的功率在400W左右，電壓357V左右，電流1. 16A左右，腔體本底真空度為IX IO-6Hibar左右，通入Ar氣后的腔體壓力為3. 4X 10_3mbar左右，Ar氣的通入量為12sCCm左右，濺射時(shí)間在250s左右。濺射所述 Au層的功率在400W左右，電壓498V左右，電流0. 82A左右，腔體本底真空度為1 X 10_6mbar 左右，通入Ar氣后的腔體壓力為5. 5 X IO-3Hibar左右，Ar氣的通入量為IOsccm左右，濺射時(shí)間在60s左右。步驟30 將背面起鍍層金屬電鍍至所需厚度后，用丙酮將光刻膠上的第一 Ti層、W 層、第二 Ti層和Au層進(jìn)行剝離，得到所需的除劃片道圖形之外的芯片背面金屬。將光刻膠上的第一 Ti層、W層、第二 Ti層和Au層的背面起鍍層金屬和電鍍金屬用丙酮浸泡30min左右進(jìn)行金屬的剝離，然后依次用丙酮和乙醇清洗干凈即可。在芯片襯底層上沒有光刻膠的位置處就會(huì)形成的背面起鍍層金屬和電鍍金屬。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種芯片背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)置在經(jīng)過盲孔刻蝕后的芯片背面的襯底層之上，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括第一鈦層、設(shè)置在所述第一鈦層上的鎢層、設(shè)置在所述鎢層上的第二鈦層、以及設(shè)置在所述第二鈦層上的金層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一鈦層的厚度為400 A±100人，所述鎢層的厚度為5000人士500 A，所述第二鈦層的厚度為400 A±100 A，所述金層的厚度為2000 A±200 A。
3.—種芯片背面金屬起鍍層的制備方法，其特征在于，該方法包括步驟10 在芯片襯底層上旋涂光刻膠，并光刻、顯影形成背面金屬起鍍層圖案； 步驟20 在芯片襯底層上剩余的光刻膠和背面金屬起鍍層圖案上通過濺射的方法依次形成第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層；步驟30:將金屬電鍍至背面起鍍層，并用丙酮?jiǎng)冸x光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層，得到所需的除劃片道圖形之外的芯片背面金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片背面金屬起鍍層的制備方法，其特征在于，步驟20中所述第一鈦層的厚度為400 A±100 A，所述鎢層的厚度為5000人±500 A,所述第二鈦層的厚度為400 AilOO人，所述金層的厚度為2000 A士200 A。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片背面金屬起鍍層的制備方法，其特征在于，步驟30中所述用丙酮?jiǎng)冸x光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層，包括將光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層的背面起鍍層金屬以及電鍍金屬用丙酮浸泡30分鐘，將光刻膠上的第一鈦層、鎢層、第二鈦層和金層剝離，然后依次用丙酮和乙醇清洗干凈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鎵微波單片集成電路中的背面金屬起鍍層結(jié)構(gòu)及其制備方法。所述金屬起鍍層結(jié)構(gòu)淀積在芯片背面經(jīng)過盲孔刻蝕后的SiC襯底層或Al2O3襯底層之上，與芯片正面需要接地的金屬PAD(通常由鈦/金金屬構(gòu)成)連通，或者與其他元件進(jìn)行電氣通路的連接，起鍍層采用磁控濺射臺(tái)濺射得到。本發(fā)明所采用的背面金屬起鍍層具有很好的穩(wěn)定性和可靠性，與正面金屬的連通性極高，可以極好地彌補(bǔ)盲孔刻蝕過程所引起的芯片背面的不平整性，為濺射背面起鍍層的后續(xù)工藝——電鍍軟金傳導(dǎo)層打下良好的基礎(chǔ)，并且由此種背面金屬起鍍層所產(chǎn)生的附加串聯(lián)電阻較小，對(duì)提高電路整體性能起到很大的作用。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102237339SQ20101016225
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者劉新宇, 龐磊, 羅衛(wèi)軍, 陳曉娟, 魏珂 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所