CN101719471A - 场效应晶体管制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及场效应晶体管制作技术，特别涉及氮化镓基微波功率场效应器件衬底减薄的方法。本发明针对现有技术的场效应晶体管制造方法中衬底减薄技术的缺点，公开了一种场效应晶体管制造方法，改进其衬底减薄技术，以适应高硬度衬底材料的减薄，提高衬底加工工艺质量，改进衬底质量，提高器件整体性能。本发明的场效应晶体管制造方法，在场效应晶体管制造工艺过程中，利用等离子体对碳化硅等场效应晶体管高硬度衬底进行刻蚀减薄。能够避免晶圆破裂，提高衬底减薄的质量，特别适合氮化镓基场效应晶体管器件的制造工艺。

Description

场效应晶体管制造方法
技术领域
本发明涉及场效应晶体管制作技术，特别涉及氮化镓基微波功率场效应器件衬底减薄的方法。
背景技术
氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料，以其禁带宽度大(3.4eV)、击穿电压高(3.3MV/cm)、二维电子气浓度高(＞1013cm2)、饱和电子速度大(2.8×107cm/s)等特性，在国际上受到广泛关注。目前，AlGaN/GaN HEMT(氮化镓基高电子迁移率晶体管)器件的高频、高压、高温以及大功率特性使之在微波功率器件方面有着巨大的前景。
在半导体场效应晶体管结构中，背面减薄工艺对半导体场效应晶体管的性能以及后续的背面工艺稳定性都具有重要影响，特别是对氮化镓基功率场效应管的散热具有重要影响。目前，高性能的氮化镓基功率场效应管一般采用碳化硅(SiC)或蓝宝石(Al2O3)衬底，这些材料具有优良的理化指标和符合要求的微波电性能参数。他们的硬度指标都非常高，特别是碳化硅衬底硬度高，减薄难度大。而功率场效应管衬底减薄质量将直接影响背面工艺的稳定性和功率器件的散热。
现有技术对这类衬底材料的常规减薄工艺方法为机械物理磨片方法，通常的工艺步骤为：
步骤1、制作AlGaN/GaN HEMT管芯，完成器件；
步骤2、匀胶保护正面管芯，将正面倒扣在衬托上粘片。
步骤3、采用物理机械抛光方法，分别采用直径为40微米的粗磨料、10微米中等粗细的磨料和3.5微米细磨料切削减薄；
步骤4、去蜡，将晶圆从衬托上取下；
步骤5、采用背金技术，形成AlGaN/GaN HEMT管芯的背金结构；
现有技术工艺步骤中采用物理机械磨片的方法，为了达到减薄的目的，需要对晶圆施加很大的机械压力，在大的机械压力情况下，容易导致衬底晶圆出现裂纹，使2英寸晶圆裂开或碎裂。另一方面，物理机械磨片对设备要求非常高，要求磨盘和磨头的平整度好，精度高。通常采用物理机械磨片将使2英寸晶圆出现10～20μm左右的厚度差，导致衬底的厚度不一致，背面光亮度和光洁度的一致性很差。磨料中含有很多粉尘，对于光亮度差、粗糙度高的区域容易吸附大量磨料中的小尘埃，这些附着在衬底的小尘埃很难清洗，从而降低衬底与背金金属的粘附性，导致背金金属的稳定性和可靠性下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是针对现有技术的场效应晶体管制造方法中衬底减薄技术的缺点，提供一种场效应晶体管制造方法，改进其衬底减薄技术，以适应高硬度衬底材料的减薄，提高衬底加工工艺质量，改进衬底质量，提高器件整体性能。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，场效应晶体管制造方法，包括以下步骤：
步骤A、制作管芯完成器件；
步骤B、涂覆保护层保护晶圆正面和管芯，将晶圆正面倒扣粘贴在衬托上；
步骤C、将扣上晶圆的衬托放入等离子体刻蚀机腔体内，利用等离子体对衬底进行刻蚀减薄；
步骤D、将晶圆从衬托上取下；
步骤E、采用背金技术，衬底上形成管芯的背金结构；
具体的：步骤B所述保护层为正性光刻胶；
具体的：所述正性光刻胶厚度约4μm；
进一步的：涂覆保护层后在100℃左右热板上烘烤约5分钟；
具体的：步骤B中将晶圆粘贴在衬托上采用石蜡作为粘贴剂；
具体的：步骤C所述的等离子体为SF6等离子体；
进一步的：步骤C中刻蚀减薄速率控制在300～600nm/min；
具体的：步骤C中刻蚀减薄至衬底厚度约为150μm；
进一步的：步骤E所述的背金结构为Ti/W/Au三层结构，背金结构厚度约为3～4μm；
具体的：所述管芯为AlGaN/GaN HEMT管芯，所述衬底材料为碳化硅(SiC)或蓝宝石(Al2O3)。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用的等离子体刻蚀减薄技术，特别适用于基于碳化硅衬底的氮化镓基场效应晶体管制造工艺。
2、本发明在衬底减薄过程中，晶圆不需要施加机械压力，降低晶圆裂开或碎裂的可能性，保证减薄工艺的稳定性和可靠性。
3、本发明在衬底减薄过程中速率均匀，减薄后衬底厚度一致性高，衬底不会附着尘埃等污染物，提高了衬底表面的附着能力，增强了背金结构在衬底的粘附性，使背金结构与衬底粘附更加牢固和稳定。
附图说明
图1为氮化镓基场效应晶体管分层结构示意图；
图2场效应晶体管剖面结构示意图；
图3为实施例的流程图；
图4为等离子体刻蚀减薄后衬底样品显微照片；
图5等离子体刻蚀减薄后完成背金结构的实物显微照片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明在场效应晶体管制造工艺过程中，对衬底减薄工艺进行了改进，采用等离子体刻蚀(ICP)的方法，对衬底进行刻蚀，实现减薄的目的。
由图1所示的GaN基场效应管分层结构可以看出，在晶圆正面制作AlGaN/GaN HEMT管芯涂上保护层后，晶圆底面碳化硅厚度、表面质量等，都会对产品质量产生重要影响。图2示出了场效应晶体管的结构示意图。该GaN基场效应晶体管包括：栅极，位于栅极两侧的源极和漏极；其中，栅极、源极和漏极位于晶圆顶层铝镓氮(AlGaN)外延层上，源极与AlGaN外延层以及漏极与AlGaN外延层之间通过退火合金形成欧姆接触，栅极通过蒸发金属形成在AlGaN外延层上。
实施例
本例以SF6作为等离子体气源，采用电感耦合等离子体刻蚀的方式，对碳化硅衬底进行刻蚀，实现碳化硅衬底的减薄。该刻蚀方法具有刻蚀速率快，刻蚀精度高等优点。整个减薄过程晶圆上不存在机械负重，降低2英寸晶圆裂开或碎裂的可能性，保证减薄工艺的稳定性和可靠性。ICP刻蚀的减薄方式提高了碳化硅衬底减薄速率的均匀性，增强减薄后衬底的厚度一致性，衬底不存在附着小尘埃，提高衬底表面的附着能力，增强了背金结构在碳化硅衬底的粘附性，使背金结构与碳化硅衬底粘附更加牢固，更佳稳定。
图3示出了制作GaN基场效应晶体管的实现流程图，该方法包括以下步骤：
步骤I、制作AlGaN/GaN HEMT管芯，完成器件；
步骤II、采用为正性光刻胶S9918作为保护层，均匀涂覆，保护晶圆正面和管芯，并且便于将晶圆粘贴到衬托上；将晶圆正面倒扣在衬托上用石蜡粘牢；
步骤III、将扣上晶圆的衬托放入电感耦合等离子体刻蚀机的腔体内，利用SF6等离子体对碳化硅衬底进行刻蚀减薄，SF6对SiC的刻蚀速率较快；
步骤IV、去蜡，将晶圆从衬托上取下；
步骤V、采用背金技术，形成AlGaN/GaN HEMT管芯的背金结构。
步骤II所述的光刻胶的推荐厚度为4μm；
步骤II中，涂覆光刻胶后，需要在100℃热板上烘烤5分钟；
步骤III优选的刻蚀速率控制在每分钟400nm(400nm/min)；
步骤III所述的刻蚀减薄致碳化硅厚度为150μm左右；
步骤IV中，去蜡液体的主要成分为己烷、氯仿和甲苯等有机物的混合液体，去蜡温度控制在70～80℃；
步骤V所述的背金结构为Ti/W/Au三层结构；厚度可以做到3～4μm。
对本发明制造的场效应晶体管进行观察和测试分析，减薄的碳化硅衬底时，从显微镜中观察的实物照片如图4所示。从减薄后的碳化硅衬底表面显微照片涂4可以看出，表面只有一些碳化硅衬底材料固有的斑点，没有出现明显的划痕。这是由于没有磨料在表面摩擦，不会有表面划痕。从图5所示的减薄后的碳化硅衬底背金结构的实物照片可以看出，背金结构非常牢固，没有出现任何脱落。这是因为衬底不存在附着小尘埃，提高衬底表面的附着能力，增强了背金结构在碳化硅衬底的粘附性，使背金结构与碳化硅衬底粘附更加牢固，更佳稳定。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。如本发明的等离子体刻蚀减薄工艺，同样可以用于采用蓝宝石(Al2O3)衬底的场效应晶体管的衬底减薄。

Claims (10)

1.场效应晶体管制造方法，包括以下步骤：
步骤A、制作管芯完成器件；
步骤B、涂覆保护层保护晶圆正面和管芯，将晶圆正面倒扣粘贴在衬托上；
步骤C、将扣上晶圆的衬托放入等离子体刻蚀机腔体内，利用等离子体对衬底进行刻蚀减薄；
步骤D、将晶圆从衬托上取下；
步骤E、采用背金技术，在衬底上形成管芯的背金结构。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：步骤B所述保护层为正性光刻胶。
3.根据权利要求2所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：所述正性光刻胶厚度约4μm。
4.根据权利要求2或3所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：涂覆保护层后在100℃左右热板上烘烤约5分钟。
5.根据权利要求1所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：步骤B中将晶圆粘贴在衬托上采用石蜡作为粘贴剂。
6.根据权利要求1所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：步骤C所述的等离子体为SF6等离子体。
7.根据权利要求6所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：步骤C中刻蚀减薄速率控制在300～600nm/min。
8.根据权利要求1所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：步骤C中刻蚀减薄至衬底厚度约为150μm。
9.根据权利要求1所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：步骤E所述的背金结构为Ti/W/Au三层结构，背金结构厚度约为3～4μm。
10.根据权利要求1所述的场效应晶体管制造方法，其特征在于：所述管芯为AlGaN/GaN HEMT管芯，所述衬底材料为碳化硅或蓝宝石。
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