CN102339751B

CN102339751B - 改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法

Info

Publication number: CN102339751B
Application number: CN 201010235058
Authority: CN
Inventors: 汪宁; 陈晓娟; 罗卫军; 庞磊; 刘新宇
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: CN102339751A

Abstract

本发明公开了一种改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法，采用改进的减薄研磨工艺降低衬底的厚度，采用纳米抛光液对场效应管的衬底进行化学机械抛光(CMP)，采用溅射钛/镍(Ti/Ni)合金的方法制作掩膜，使用ICP进行深背孔刻蚀。利用本发明，改进的减薄工艺制备出了厚度超薄，抛光面形貌优良的衬底，配合ICP刻蚀工艺，制作出侧壁光滑的深孔结构。采用溅射钛/钨/金(Ti/W/Au)复合层金属的方法形成背金起镀层，电镀黄金形成背面金属散热结构，大大改善了电路的散热问题。

Description

改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法

技术领域

本发明涉及氮化镓基场效应管制备技术领域，尤其涉及一种改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法。

背景技术

在当今的半导体材料领域，III-V族化合物凭借其诸多方面的优势已经替代硅而成为新的宠儿。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。虽然铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)HEMT功率器件(高电子迁移率晶体管)的性能近年来得到了长足的进展，尤其在高频大功率方面，但是仍有很多问题没有解决，大功率器件的散热和接地问题一直困扰着AlGaN/GaN HEMT实用化和产业化进程。

背金技术是目前AlGaN/GaN HEMT常用的一种散热方法，但是由于作为衬底材料的碳化硅和蓝宝石加工困难，特别是衬底在减薄后，厚度的均匀性，表面粗糙度(Ra)的低下对后道的ICP工艺和电镀工艺影响很大，同时，由于表面张力带来的微小形变会使外延层结构发生尺寸形变，由张力带来的损伤需要进行缓慢释放，电路的性能才不会发生严重退化，所以提高衬底减薄后的表面效果，降低尺寸形变对于是提高背金散热工艺可靠性有着重大的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法，该方法包括：

步骤1：在衬底正面的外延层上制作电路；

步骤2：在该电路上涂敷光刻胶膜以保护该电路结构；

步骤3：对衬底背面进行减薄；

步骤4：采用熔点不同的有机粘附剂将衬底、石英薄片和陶瓷基板依次黏合，形成五层叠层结构；

步骤5：采用CMP对衬底背面进行抛光；

步骤6：分离该五层叠层结构得到背面抛光的衬底，然后采用磁控溅射在衬底背面制作Ti/Ni合金掩膜层；

步骤7：对Ti/Ni合金掩膜层进行光刻，得到Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形；

步骤8：采用ICP工艺将衬底和衬底正面生长的外延层完全刻蚀干净，剩下Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形；

步骤9：在Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形上光刻电镀图形，磁控溅射Ti/W/Au起镀层；

步骤10：在该Ti/W/Au起镀层金属上光刻电镀用图形；

步骤11：电镀Au，然后超声剥离出背面金属结构；

步骤12：清洗，划片，封装，得到单个的氮化镓基场效应管电路。

上述方案中，步骤3中所述对衬底背面进行减薄，是采用碳化硼(B₄C)进行的，减薄完毕时衬底最终厚度＜90μm，表面粗糙度

上述方案中，步骤4中所述衬底与石英薄片黏合，是将衬底正面与石英薄片黏合。

上述方案中，步骤5中所述采用CMP对衬底背面进行抛光，CMP主要成分的质量比例为纳米金刚石和刚玉混合物(1.2％～10％)，分散剂(0.13％～4.8％)，改性剂(1.5％～5％)，PH调节剂(0.1％～0.6％)，润滑剂(0.02％～0.1％)，去离子水(85％～98％)，使用聚氨基甲酸乙酯树脂作为抛光盘，抛光完毕后衬底厚度＜60μm，表面粗糙度

上述方案中，步骤6中所述Ti/Ni合金掩膜层中，合金摩尔比例Ti∶Ni＝1∶4，Ti/Ni合金层的厚度2μm。

上述方案中，步骤8中所述采用ICP工艺将衬底和衬底正面生长的外延层完全刻蚀干净，蚀总深度为60μm～65μm。

上述方案中，步骤9中所述Ti/W/Au起镀层中，Ti金属层的厚度为

W金属层的厚度为

Au金属层的厚度为

上述方案中，步骤11中所述电镀Au的厚度为3μm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法，引入了五层叠层式平整固定方法，大大改善了对衬底减薄厚度均匀性的控制，CMP工艺的引入降低了衬底表面粗糙度，使得金属掩膜的粘附性和形貌大大改善，提高了ICP刻蚀的效果，使背金电镀的可靠性有显著的提高。同时高水平的表面处理也大大降低了衬底的尺寸形变，使得减薄过程中累计的应力得以释放，降低了电镀后的划片工艺中带来的损伤，封装之后整体电路性能失真大大减小，后道工艺的整体可靠性大幅改善。

附图说明

图1是本发明提供的改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法流程图；

图2是依照本发明实施例采用熔点不同的有机粘附剂将衬底、石英薄片和陶瓷基板依次黏合形成五层叠层结构的示意图；

图3是依照本发明实施例分离该五层叠层结构得到背面抛光衬底的示意图；

图4是依照本发明实施例采用磁控溅射在衬底背面制作Ti/Ni合金掩膜层的示意图；

图5是依照本发明实施例对Ti/Ni合金掩膜层进行光刻的示意图；

图6是依照本发明实施例得到Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形的示意图；

图7是依照本发明实施例采用ICP工艺将衬底和衬底正面生长的外延层完全刻蚀干净，剩下Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形的示意图；

图8是依照本发明实施例在Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形上光刻电镀图形，磁控溅射Ti/W/Au起镀层的示意图；

图9是依照本发明实施例超声剥离出背面金属结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明是基于氮化镓场效应管的后道工艺的一种制作方法。该场效应管包括正面管芯、衬底和背金结构，所述的衬底包括碳化硅衬底或蓝宝石衬底，所述的背金结构设置在衬底底面。本发明采用改进的减薄研磨工艺降低衬底的厚度。采用纳米抛光液对场效应管的衬底进行化学机械抛光(CMP)。采用溅射钛/镍(Ti/Ni)合金的方法制作掩膜，使用ICP进行深背孔刻蚀。改进的减薄工艺制备出了厚度超薄，抛光面形貌优良的衬底，配合ICP刻蚀工艺，制作出侧壁光滑的深孔结构。采用溅射钛/钨/金(Ti/W/Au)复合层金属的方法形成背金起镀层，电镀黄金形成背面金属散热结构，大大改善了电路的散热问题。

如图1所示，图1是本发明提供的改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1：在衬底正面的外延层上制作电路；

步骤2：在该电路上涂敷光刻胶膜以保护该电路结构；

步骤3：使用碳化硼(B₄C)对衬底背面进行减薄，减薄完毕时衬底最终厚度＜90μm，表面粗糙度

步骤4：采用熔点不同的有机粘附剂将衬底、石英薄片和陶瓷基板依次黏合，形成五层叠层结构(如图2所示)，其中衬底与石英薄片黏合时是将衬底正面与石英薄片黏合；

步骤5：采用CMP对衬底背面进行抛光，CMP主要成分的质量比例为纳米金刚石和刚玉(Al₂O₃)混合物(1.2％～10％)，分散剂(0.13％～4.8％)，改性剂(1.5％～5％)，PH调节剂(0.1％～0.6％)，润滑剂(0.02％～0.1％)，DI水(85％～98％)，使用聚氨基甲酸乙酯树脂作为抛光盘，抛光完毕后衬底厚度＜60μm，表面粗糙度

步骤6：分离该五层叠层结构得到背面抛光的衬底(图3)，然后采用磁控溅射在衬底背面制作Ti/Ni合金掩膜层(图4)，该Ti/Ni合金掩膜层合金摩尔比例Ti∶Ni＝1∶4，Ti/Ni合金层的厚度2μm；

步骤7：对Ti/Ni合金掩膜层进行光刻(图5)，得到Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形(图6)；

步骤8：采用ICP工艺将衬底和衬底正面生长的外延层完全刻蚀干净，剩下Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形(图7)，刻蚀总深度60μm～65μm；

步骤9：在Ti/Ni合金掩膜层的刻蚀图形上光刻电镀图形，磁控溅射Ti/W/Au起镀层(图8)，其中Ti金属层的厚度为W金属层的厚度为

Au金属层的厚度为

步骤10：在该Ti/W/Au起镀层金属上光刻电镀用图形；

步骤11：电镀Au，厚度3μm，然后超声剥离出背面金属结构(如图9所示)；

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。