采用電化學(xué)工藝制作GaAs MMIC背面通孔的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用電化學(xué)工藝制作GaAs MMIC背面通孔的方法，該方法采用MOCVD在半絕緣的GaAs襯底上生長GaAs/AlGaAs MMIC異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)；通過臺面隔離、正面電極制作、歐姆接觸(肖特基勢壘制作)、電鍍等工藝完成器件的正面工藝；采用高腐蝕速率的化學(xué)腐蝕液將背面GaAs減薄，通過電化學(xué)拋光形成較光滑的背面；經(jīng)背面光刻并蒸發(fā)金屬Ni作為刻蝕阻擋層，采用RIE?ICP刻蝕形成背面通孔。再次采用電化學(xué)拋光處理被刻蝕表面，使通孔內(nèi)壁光滑，采用磁控濺射和電鍍方法淀積金屬Au，完成背面通孔制作。通過本發(fā)明方法可獲得較平滑的蝕刻表面，為后續(xù)金屬淀積提供了良好的接觸表面，大大減小了接觸阻抗，提高器件高頻工作時的接地特性，同時大大減小了器件制作成本。
【專利說明】
采用電化學(xué)工藝制作GaAs圖IC背面通孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種采用電化學(xué)工藝制作GaAs MMIC背面通孔的方法，用于減少M(fèi)MIC的接地電阻和電感，使器件形成低電感接地，提高器件的高頻工作特性。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路工作頻率的提高，要求器件有較低的接觸電感。對于低頻器件，常引入鍵合接地的方式，以降低接觸電感。但對于微波、毫米波頻段器件，這種鍵合接地方式會產(chǎn)生很大的接地電感，影響器件的高頻特性。采用通孔技術(shù)，可以有效解決這一問題。該方法采用干法刻蝕技術(shù)從背面進(jìn)行打孔，再向器件背面淀積金屬，使背面金屬與接地金屬連接，形成一個低電感連接。當(dāng)把器件放置在一個導(dǎo)電襯底上時，就形成了一個簡單的接地。此時，接地電感大大降低，這不僅可以提高器件的高頻工作特性，還可以大大減小器件的設(shè)計(jì)尺寸，提高器件的集成度。
[0003]在實(shí)際制作背面通孔的過程中，為了將GaAsMMIC的背面襯底減薄，通常采用機(jī)械化學(xué)拋光，該方法不僅需要較昂貴的磨拋設(shè)備，還需要選擇合適的拋光液進(jìn)行工藝調(diào)試，增加了工藝的復(fù)雜程度。另一方面，在使用ICP進(jìn)行背面通孔刻蝕后，孔壁往往比較粗糙，這樣淀積金屬后，使得接觸電感、電阻和電容都會增加，不利于器件的接地，使器件的高頻接地效率大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，該方法可獲得較平滑的蝕刻表面，為后續(xù)金屬淀積提供了良好的接觸表面，大大減小了接觸阻抗，提高器件高頻工作時的接地特性，同時大大減小了器件制作成本。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，包括以下步驟:
[0006]l)GaAs MMIC背面通孔制作前的準(zhǔn)備
[0007]首先，采用MOCVD在半絕緣的GaAs襯底上生長GaAs/AlGaAs MMIC異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)片，然后通過下料清洗、臺面隔離、正面電極制作、歐姆接觸(肖特基勢皇制作)、電鍍工藝等完成器件的正面工藝；
[0008]2)GaAs MMIC背面通孔的制作
[0009]2.1)將已做完正面工藝的實(shí)驗(yàn)片進(jìn)行兩次涂膠保護(hù)，其中，兩次正性保護(hù)光刻膠厚度在5000-8000埃，第一次保護(hù)膠烘烤時間為30-60s，烘烤溫度為90_110 °C，光刻膠型號為EPG518;
[0010]2.2)已涂好保護(hù)膠的實(shí)驗(yàn)片需在烘箱中烘烤10-1511^仙，烘烤溫度為120-150°(:;[0011 ] 2.3)采用化學(xué)腐蝕的方式將背面GaAs襯底減?。?br>[0012]2.4)采用電解拋光的方式，以GaAs外延片為陽極，銅電極為陰極，將背面拋光；[〇〇13]2.5)通過光刻工藝形成背面通孔圖案，磁控濺射蒸鍍Ni，形成金屬掩膜，作為刻蝕阻擋層；
[0014]2.6)采用RIE-1CP刻蝕背面通孔，采用濃鹽酸去除掩蔽金屬Ni，再次電解拋光被刻蝕孔壁，使通孔內(nèi)壁光滑；
[0015]2.7)采用磁控濺射蒸鍍工藝淀積金屬TiW和Au作為種子層，再用電鍍方法繼續(xù)電鍍3-5wii金，對背面進(jìn)行加厚，使背面金屬與接地金屬連接，至此便完成背面通孔制作。
[0016] 在步驟2.3)中，化學(xué)腐蝕所采用的腐蝕液為H3P〇4系腐蝕液，配比為:H3P〇4: H2〇2: CH3⑶0H=2:1:1，襯底腐蝕時間為30-60mins，襯底減薄至50-100WI1，腐蝕完畢后需將實(shí)驗(yàn)片依次放入丙酮和去膠液中分別超聲浸泡5-lOmins，再放入沖水槽沖洗直至的水阻值需達(dá) 10MQ以上。[0〇17] 在步驟2.4)中，電解拋光所采用的電解拋光液配比為:NaS〇4:H20 = 5g: 100ml，采用恒流輸出模式，輸出電流為0.6-1A，陰陽極間距為5-15cm，PH = 6-8,拋光時間為5-10mins， 拋光完成后需將實(shí)驗(yàn)片分別在丙酮、去膠液中超聲處理5-lOmins，再進(jìn)行沖水，沖水水阻值需達(dá)10MQ以上，沖水后需用甩干機(jī)甩干。
[0018]在步驟2.5)中，金屬掩膜的厚度為3-5仰1。
[0019] 在步驟2 ? 6)中，RIE-1CP的制程氣體為SiC14/Ar2/C12，腔壓為0 ? 6pa-2pa，ICP功率為300W-500w，偏壓為300-400?，蝕刻深度為90-100_，刻蝕完畢后需用濃鹽酸去除掩蔽金屬Ni，處理時間為2_5mins，處理完成后需進(jìn)彳丁沖水，沖水水阻值需達(dá)10M Q以上，沖水后需用甩干機(jī)甩干。
[0020]在步驟2.7)中，對已完成背面通孔拋光的實(shí)驗(yàn)片需要放入磁控濺射機(jī)中蒸鍍500-1000埃TiW和3000-5000埃Au作為電鍍種子層，再用電鍍方法繼續(xù)電鍍3-5WI1金，對背面進(jìn)行加厚，從而完成GaAs MMIC背面通孔的制作。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0022]1、采用化學(xué)腐蝕的方式對GaAs襯底進(jìn)行減薄，大大的減小了磨拋成本，且工藝操作簡單，適合實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)上MMIC背面通孔的制作。
[0023]2、采用電化學(xué)拋光的方式對干法刻蝕后的孔壁進(jìn)行處理，獲得了較平滑的蝕刻表面，為后續(xù)金屬淀積提供了良好的接觸表面，大大減小了接觸阻抗，提高器件高頻工作時的接地特性?！靖綀D說明】
[0024]圖1為GaAs MMIC通孔剖面圖。[〇〇25]圖2為電解拋光裝置圖。
[0026]圖3為未做電解拋光處理的通孔內(nèi)壁圖。[〇〇27]圖4為電解拋光后的通孔內(nèi)壁圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。[〇〇29]如圖1所示，本發(fā)明所涉及的GaAs MMIC背面通孔，包括半絕緣的GaAs襯底3,在GaAs襯底3上生長GaAs/AlGaAs MMIC異質(zhì)外延，在異質(zhì)外延表面制作電極1，在器件背面制作通孔5，在背面淀積背面金屬4，最終形成GaAs MMIC背面通孔完整結(jié)構(gòu)，其具體制作過程如下:
[0030] l、GaAs MMIC背面通孔制作前的準(zhǔn)備[〇〇31] 首先，采用M0CVD在半絕緣的GaAs襯底上生長GaAs/AlGaAs MMIC異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)片，然后通過下料清洗、臺面隔離、正面電極制作、歐姆口接觸(肖特基勢皇制作)、電鍍等工藝完成器件的正面工藝。
[0032] 2、GaAs MMIC背面通孔的制作[〇〇33]2.1)將已做完正面工藝的實(shí)驗(yàn)片通過在勻膠機(jī)下涂覆第一層在5000-8000埃(優(yōu)選5000埃)的正性光刻膠，光刻膠型號為EPG518,90-110°C (優(yōu)選100°C)烘烤30-60s(優(yōu)選 60s);將烘烤完畢的實(shí)驗(yàn)片進(jìn)行第二次涂膠保護(hù)，厚度為EPG518,厚度5000-8000埃(優(yōu)選 5000埃)。[〇〇34] 2.2)將已涂好光刻膠的實(shí)驗(yàn)片在烘箱中烘烤10-151^1^(優(yōu)選151^1^)，烘烤溫度為120-150 °C (優(yōu)選150 °C )，烘烤完畢后放置在氮?dú)夤裰写谩〇〇35]2.3)在腐蝕槽中分別倒入6000ml磷酸、3000ml雙氧水、3000ml醋酸，攪拌均勻，冷卻至室溫，待用，其中要求磷酸:雙氧水:醋酸=2:1:1。[〇〇36]2.4)將已做好正面涂膠保護(hù)的實(shí)驗(yàn)片浸入磷酸腐蝕液中，上下抖動，腐蝕時間30-60mins (優(yōu)選40mins)，將實(shí)驗(yàn)片取出，放入沖水槽中沖洗，待沖水槽水阻值達(dá)10M Q以上后取出，在甩干機(jī)中甩干后放置氮?dú)夤裰写?。[〇〇37]2.5)在電解槽中倒入250g硫酸鈉、5000ml純水，攪拌均勻后用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)卩!1值為6-8(優(yōu)選7.5)。
[0038]2.6)將電解裝置連線完畢，在陽極放入實(shí)驗(yàn)片，實(shí)驗(yàn)片背面與陰極正對，陰陽極間距5-15cm(優(yōu)選8cm)，調(diào)節(jié)恒流源電流為0.6-1A(優(yōu)選0.9A)，將實(shí)驗(yàn)片電解拋光5-10mins (優(yōu)選8mins)后關(guān)閉電源，將實(shí)驗(yàn)片取出后放入沖水槽中沖水，待沖水槽水阻值達(dá)10MQ以上后取出，電解裝置放置待用，其中電解裝置結(jié)構(gòu)見圖2,圖中6為恒流源、7為Na2S04電解液、8為電解槽、9為試驗(yàn)片、10為銅電極，而未做電解拋光處理的通孔內(nèi)壁與電解拋光后的通孔內(nèi)壁的對比見圖3和圖4。[〇〇39] 2.7)將實(shí)驗(yàn)片依次放入丙酮和去膠液中分別超聲浸泡5-1〇1^118(優(yōu)選51111118)，將實(shí)驗(yàn)片取出后放入沖水槽中沖水，待沖水槽水阻值達(dá)10MQ以上后取出，在甩干機(jī)中甩干。
[0040]2.8)在實(shí)驗(yàn)片上涂覆負(fù)性光刻膠￡?6205,90-120°(:(優(yōu)選100°(:)，烘烤90-1208(優(yōu)選11 〇s)后經(jīng)曝光機(jī)曝光，顯影后獲得背面通孔圖案。
[0041]2.9)采用磁控濺射蒸鍍方法在背面蒸鍍3-5wn(優(yōu)選3WH)金屬鎳，撕金剝離后形成刻蝕阻擋層。[〇〇42]2.10)將實(shí)驗(yàn)片放入采用RIE-1CP干法刻蝕設(shè)備中對背面進(jìn)行干法刻蝕，制程氣體為 SiC14/Ar2/C12,腔壓為 0.6pa-2pa(優(yōu)選 0.6pa)，ICP 功率為 300w-500w(優(yōu)選 320w)，偏壓為300-400W(優(yōu)選300w)，蝕刻深度為90-lOOwn(優(yōu)選100_)，刻蝕時間為50mins，將實(shí)驗(yàn)片取出，在臺階儀上測量刻蝕深度。[〇〇43] 2.11)將實(shí)驗(yàn)片放入濃鹽酸中浸泡2-511111^(優(yōu)選21^1^)，去掉剩余的掩蔽金屬附； 將實(shí)驗(yàn)片取出后放入沖水槽中沖水，待沖水槽水阻值達(dá)10MQ以上后取出，在甩干機(jī)中甩干。
[0044]2.12)在實(shí)驗(yàn)片正面上涂覆5000-8000埃(優(yōu)選5000埃)EPG518,在烘箱中120-150°C (優(yōu)選150 °C)烘烤10-15mins (優(yōu)選15mins)作為保護(hù)膠。[〇〇45]2.13)將1.6步驟中的電解液PH調(diào)節(jié)至7.5，將1.12中的實(shí)驗(yàn)片放入電解陽極，將恒流源電流調(diào)節(jié)至0.6-1A(優(yōu)選0.65A)，電解拋光5mins后關(guān)閉電源，將實(shí)驗(yàn)片依次放入丙酮和去膠液中分別超聲浸泡5-10mins(優(yōu)選5mins)，再將實(shí)驗(yàn)片取出后放入沖水槽中沖水，待沖水槽水阻值達(dá)10MQ以上后取出，在甩干機(jī)中甩干。[〇〇46]2.14)將實(shí)驗(yàn)片放入磁控濺射機(jī)中蒸鍍500-1000埃(優(yōu)選500埃)TiW和3000-5000埃(優(yōu)選5000埃)Au作為電鍍種子層，取出后將實(shí)驗(yàn)片在電鍍機(jī)中電鍍3-5mi(優(yōu)選3wii)金， 完成GaAs MMIC背面通孔的制作。
[0047]綜上所述，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用了化學(xué)腐蝕和兩次電解拋光的方式對GaAs 襯底、干法刻蝕后的通孔進(jìn)行處理，大大的減小了磨拋成本，且工藝操作簡單，適合實(shí)驗(yàn)室、 工業(yè)上HEMT背面通孔的制作；同時，采用該方法制作GaAs MMIC背面通孔，可獲得了較平滑的蝕刻表面，為后續(xù)金屬淀積提供了良好的接觸表面，大大減小了接觸阻抗，提高器件高頻工作時的接地特性，值得推廣。
[0048]以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，其特征在于，包括以下步驟: DGaAs MMIC背面通孔制作前的準(zhǔn)備 首先，采用MOCVD在半絕緣的GaAs襯底上生長GaAs/AlGaAs MMIC異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)片，然后通過下料清洗、臺面隔離、正面電極制作、歐姆接觸即肖特基勢皇制作、電鍍工藝完成器件的正面工藝； 2)GaAs MMIC背面通孔的制作 2.1)將已做完正面工藝的實(shí)驗(yàn)片進(jìn)行兩次涂膠保護(hù)，其中，兩次正性保護(hù)光刻膠厚度在5000-8000埃，第一次保護(hù)膠烘烤時間為30-60s，烘烤溫度為90-110°C，光刻膠型號為EPG518； 2.2)已涂好保護(hù)膠的實(shí)驗(yàn)片需在烘箱中烘烤IO-15mins，烘烤溫度為120-150 °C ; 2.3)采用化學(xué)腐蝕的方式將背面GaAs襯底減?。? 2.4)采用電解拋光的方式，以GaAs外延片為陽極，銅電極為陰極，將背面拋光； 2.5)通過光刻工藝形成背面通孔圖案，電子束蒸鍍Ni，形成金屬掩膜，作為刻蝕阻擋層； 2.6)采用RIE-1CP刻蝕背面通孔，采用濃鹽酸去除掩蔽金屬Ni，再次電解拋光被刻蝕孔壁，使通孔內(nèi)壁光滑； 2.7)采用磁控濺射機(jī)中蒸鍍工藝淀積金屬TiW和Au，再用電鍍方式對電鍍Au，對背面進(jìn)行加厚，使背面金屬與接地金屬連接，至此便完成背面通孔制作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，其特征在于:在步驟2.3)中，化學(xué)腐蝕所采用的腐蝕液為H3PO4系腐蝕液，配比為:H3PO4: H2O2: CH3COOH= 2:1:1，襯底腐蝕時間為30-60mins，襯底減薄至50-100μηι，腐蝕完畢后需將實(shí)驗(yàn)片依次放入丙酮和去膠液中分別超聲浸泡5-10mins，再放入沖水槽沖洗直至的水阻值需達(dá)1MΩ以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，其特征在于:在步驟2.4)中，電解拋光所采用的電解拋光液配比為:NaSO4:H2O = 5g:1OOml，采用恒流輸出模式，輸出電流為0.6-1A，陰陽極間距為5-15cm，PH=6-8，拋光時間為5-lOmins，拋光完成后需將實(shí)驗(yàn)片分別在丙酮、去膠液中超聲處理5-lOmins，再進(jìn)行沖水，沖水水阻值需達(dá)10ΜΩ以上，沖水后需用用干機(jī)用干。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，其特征在于:在步驟2.5)中，金屬掩膜的厚度為3-5μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，其特征在于:在步驟2.6)中，RIE-1CP的制程氣體為SiC14/Ar2/C12，腔壓為0.6pa_2pa，ICP功率為300w-500w，偏壓為300-400?，蝕刻深度為90-100μπι，刻蝕完畢后需用濃鹽酸去除掩蔽金屬Ni，處理時間為2_5mins，處理完成后需進(jìn)彳丁沖水，沖水水阻值需達(dá)1M Ω以上，沖水后需用甩干機(jī)甩干。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電化學(xué)工藝制作GaAsMMIC背面通孔的方法，其特征在于:在步驟2.7)中，對已完成背面通孔拋光的實(shí)驗(yàn)片需要放入磁控濺射機(jī)中蒸鍍500-1000埃TiW和3000-5000埃Au作為電鍍種子層，再用電鍍方法繼續(xù)電鍍3-5μπι金，對背面進(jìn)行加厚，從而完成GaAs MMIC背面通孔的制作。
【文檔編號】H01L21/48GK106098547SQ201610451557
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】鄭貴忠, 張楊, 彭娜, 王青, 楊翠柏
【申請人】中山德華芯片技術(shù)有限公司