CN106098547B - 采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，该方法采用MOCVD在半绝缘的GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs MMIC异质外延结构；通过台面隔离、正面电极制作、欧姆接触(肖特基势垒制作)、电镀等工艺完成器件的正面工艺；采用高腐蚀速率的化学腐蚀液将背面GaAs减薄，通过电化学抛光形成较光滑的背面；经背面光刻并蒸发金属Ni作为刻蚀阻挡层，采用RIE‑ICP刻蚀形成背面通孔。再次采用电化学抛光处理被刻蚀表面，使通孔内壁光滑，采用磁控溅射和电镀方法淀积金属Au，完成背面通孔制作。通过本发明方法可获得较平滑的蚀刻表面，为后续金属淀积提供了良好的接触表面，大大减小了接触阻抗，提高器件高频工作时的接地特性，同时大大减小了器件制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及集成电路制造工艺技术领域，尤其是指一种采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，用于减少MMIC的接地电阻和电感，使器件形成低电感接地，提高器件的高频工作特性。
背景技术
随着集成电路工作频率的提高，要求器件有较低的接触电感。对于低频器件，常引入键合接地的方式，以降低接触电感。但对于微波、毫米波频段器件，这种键合接地方式会产生很大的接地电感，影响器件的高频特性。采用通孔技术，可以有效解决这一问题。该方法采用干法刻蚀技术从背面进行打孔，再向器件背面淀积金属，使背面金属与接地金属连接，形成一个低电感连接。当把器件放置在一个导电衬底上时，就形成了一个简单的接地。此时，接地电感大大降低，这不仅可以提高器件的高频工作特性，还可以大大减小器件的设计尺寸，提高器件的集成度。
在实际制作背面通孔的过程中，为了将GaAs MMIC的背面衬底减薄，通常采用机械化学抛光，该方法不仅需要较昂贵的磨抛设备，还需要选择合适的抛光液进行工艺调试，增加了工艺的复杂程度。另一方面，在使用ICP进行背面通孔刻蚀后，孔壁往往比较粗糙，这样淀积金属后，使得接触电感、电阻和电容都会增加，不利于器件的接地，使器件的高频接地效率大大降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用电化学工艺制作GaAsMMIC背面通孔的方法，该方法可获得较平滑的蚀刻表面，为后续金属淀积提供了良好的接触表面，大大减小了接触阻抗，提高器件高频工作时的接地特性，同时大大减小了器件制作成本。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，包括以下步骤：
1)GaAs MMIC背面通孔制作前的准备
首先，采用MOCVD在半绝缘的GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs MMIC异质外延结构实验片，然后通过下料清洗、台面隔离和正面电极制作，欧姆接触或肖特基势垒制作，电镀工艺完成器件的正面工艺；
2)GaAs MMIC背面通孔的制作
2.1)将已做完正面工艺的实验片进行两次涂胶保护，其中，两次正性保护光刻胶厚度在5000-8000埃，第一次保护胶烘烤时间为30-60s，烘烤温度为90-110℃，光刻胶型号为EPG518；
2.2)已涂好保护胶的实验片需在烘箱中烘烤10-15mins，烘烤温度为120-150℃；
2.3)采用化学腐蚀的方式将背面GaAs衬底减薄；
2.4)采用电解抛光的方式，以GaAs外延片为阳极，铜电极为阴极，将背面抛光；
2.5)通过光刻工艺形成背面通孔图案，磁控溅射蒸镀Ni，形成金属掩膜，作为刻蚀阻挡层；
2.6)采用RIE-ICP刻蚀背面通孔，采用浓盐酸去除掩蔽金属Ni，再次电解抛光被刻蚀孔壁，使通孔内壁光滑；
2.7)采用磁控溅射蒸镀工艺淀积金属TiW和Au作为种子层，再用电镀方法继续电镀3-5μm金，对背面进行加厚，使背面金属与接地金属连接，至此便完成背面通孔制作。
在步骤2.3)中，化学腐蚀所采用的腐蚀液为H3PO4系腐蚀液，配比为：H3PO4:H2O2:CH3COOH＝2:1:1，衬底腐蚀时间为30-60mins，衬底减薄至50-100μm，腐蚀完毕后需将实验片依次放入丙酮和去胶液中分别超声浸泡5-10mins，再放入冲水槽冲洗直至的水阻值需达10MΩ以上。
在步骤2.4)中，电解抛光所采用的电解抛光液配比为：NaSO4:H2O＝5g:100ml，采用恒流输出模式，输出电流为0.6-1A，阴阳极间距为5-15cm，PH＝6-8，抛光时间为5-10mins，抛光完成后需将实验片分别在丙酮、去胶液中超声处理5-10mins，再进行冲水，冲水水阻值需达10MΩ以上，冲水后需用甩干机甩干。
在步骤2.5)中，金属掩膜的厚度为3-5μm。
在步骤2.6)中，RIE-ICP的制程气体为SiCl4/Ar2/Cl2，腔压为0.6pa-2pa，ICP功率为300w-500w，偏压为300-400w，蚀刻深度为90-100μm，刻蚀完毕后需用浓盐酸去除掩蔽金属Ni，处理时间为2-5mins，处理完成后需进行冲水，冲水水阻值需达10MΩ以上，冲水后需用甩干机甩干。
在步骤2.7)中，对已完成背面通孔抛光的实验片需要放入磁控溅射机中蒸镀500-1000埃TiW和3000-5000埃Au作为电镀种子层，再用电镀方法继续电镀3-5μm金，对背面进行加厚，从而完成GaAs MMIC背面通孔的制作。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、采用化学腐蚀的方式对GaAs衬底进行减薄，大大的减小了磨抛成本，且工艺操作简单，适合实验室、工业上MMIC背面通孔的制作。
2、采用电化学抛光的方式对干法刻蚀后的孔壁进行处理，获得了较平滑的蚀刻表面，为后续金属淀积提供了良好的接触表面，大大减小了接触阻抗，提高器件高频工作时的接地特性。
附图说明
图1为GaAs MMIC通孔剖面图。
图2为电解抛光装置图。
图3为未做电解抛光处理的通孔内壁图。
图4为电解抛光后的通孔内壁图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所涉及的GaAs MMIC背面通孔，包括半绝缘的GaAs衬底3，在GaAs衬底3上生长GaAs/AlGaAs MMIC异质外延，在异质外延表面制作电极1，在器件背面制作通孔5，在背面淀积背面金属4，最终形成GaAs MMIC背面通孔完整结构，其具体制作过程如下：
1、GaAs MMIC背面通孔制作前的准备
首先，采用MOCVD在半绝缘的GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs MMIC异质外延结构实验片，然后通过下料清洗、台面隔离和正面电极制作，欧姆口接触或肖特基势垒制作，电镀等工艺完成器件的正面工艺。
2、GaAs MMIC背面通孔的制作
2.1)将已做完正面工艺的实验片通过在匀胶机下涂覆第一层在5000-8000埃(优选5000埃)的正性光刻胶，光刻胶型号为EPG518，90-110℃(优选100℃)烘烤30-60s(优选60s)；将烘烤完毕的实验片进行第二次涂胶保护，型号为EPG518，厚度5000-8000埃(优选5000埃)。
2.2)将已涂好光刻胶的实验片在烘箱中烘烤10-15mins(优选15mins)，烘烤温度为120-150℃(优选150℃)，烘烤完毕后放置在氮气柜中待用。
2.3)在腐蚀槽中分别倒入6000ml磷酸、3000ml双氧水、3000ml醋酸，搅拌均匀，冷却至室温，待用，其中要求磷酸：双氧水：醋酸＝2:1:1。
2.4)将已做好正面涂胶保护的实验片浸入磷酸腐蚀液中，上下抖动，腐蚀时间30-60mins(优选40mins)，将实验片取出，放入冲水槽中冲洗，待冲水槽水阻值达10MΩ以上后取出，在甩干机中甩干后放置氮气柜中待用。
2.5)在电解槽中倒入250g硫酸钠、5000ml纯水，搅拌均匀后用硫酸和氢氧化钠调节PH值为6-8(优选7.5)。
2.6)将电解装置连线完毕，在阳极放入实验片，实验片背面与阴极正对，阴阳极间距5-15cm(优选8cm)，调节恒流源电流为0.6-1A(优选0.9A)，将实验片电解抛光5-10mins(优选8mins)后关闭电源，将实验片取出后放入冲水槽中冲水，待冲水槽水阻值达10MΩ以上后取出，电解装置放置待用，其中电解装置结构见图2，图中6为恒流源、7为Na2SO4电解液、8为电解槽、9为试验片、10为铜电极，而未做电解抛光处理的通孔内壁与电解抛光后的通孔内壁的对比见图3和图4。
2.7)将实验片依次放入丙酮和去胶液中分别超声浸泡5-10mins(优选5mins)，将实验片取出后放入冲水槽中冲水，待冲水槽水阻值达10MΩ以上后取出，在甩干机中甩干。
2.8)在实验片上涂覆负性光刻胶EPG205，90-120℃(优选100℃)，烘烤90-120s(优选110s)后经曝光机曝光，显影后获得背面通孔图案。
2.9)采用磁控溅射蒸镀方法在背面蒸镀3-5μm(优选3μm)金属镍，撕金剥离后形成刻蚀阻挡层。
2.10)将实验片放入采用RIE-ICP干法刻蚀设备中对背面进行干法刻蚀，制程气体为SiCl4/Ar2/Cl2，腔压为0.6pa-2pa(优选0.6pa)，ICP功率为300w-500w(优选320w)，偏压为300-400w(优选300w)，蚀刻深度为90-100μm(优选100μm)，刻蚀时间为50mins，将实验片取出，在台阶仪上测量刻蚀深度。
2.11)将实验片放入浓盐酸中浸泡2-5mins(优选2mins)，去掉剩余的掩蔽金属Ni；将实验片取出后放入冲水槽中冲水，待冲水槽水阻值达10MΩ以上后取出，在甩干机中甩干。
2.12)在实验片正面上涂覆5000-8000埃(优选5000埃)EPG518，在烘箱中120-150℃(优选150℃)烘烤10-15mins(优选15mins)作为保护胶。
2.13)将1.6步骤中的电解液PH调节至7.5，将1.12中的实验片放入电解阳极，将恒流源电流调节至0.6-1A(优选0.65A)，电解抛光5mins后关闭电源，将实验片依次放入丙酮和去胶液中分别超声浸泡5-10mins(优选5mins)，再将实验片取出后放入冲水槽中冲水，待冲水槽水阻值达10MΩ以上后取出，在甩干机中甩干。
2.14)将实验片放入磁控溅射机中蒸镀500-1000埃(优选500埃)TiW和3000-5000埃(优选5000埃)Au作为电镀种子层，取出后将实验片在电镀机中电镀3-5μm(优选3μm)金，完成GaAs MMIC背面通孔的制作。
综上所述，相比现有技术，本发明采用了化学腐蚀和两次电解抛光的方式对GaAs衬底、干法刻蚀后的通孔进行处理，大大的减小了磨抛成本，且工艺操作简单，适合实验室、工业上HEMT背面通孔的制作；同时，采用该方法制作GaAs MMIC背面通孔，可获得了较平滑的蚀刻表面，为后续金属淀积提供了良好的接触表面，大大减小了接触阻抗，提高器件高频工作时的接地特性，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)GaAs MMIC背面通孔制作前的准备
首先，采用MOCVD在半绝缘的GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs MMIC异质外延结构实验片，然后通过下料清洗、台面隔离和正面电极制作，欧姆接触或肖特基势垒制作，电镀工艺完成器件的正面工艺；
2)GaAs MMIC背面通孔的制作
2.1)将已做完正面工艺的实验片进行两次涂胶保护，其中，两次正性保护光刻胶厚度在5000-8000埃，第一次保护胶烘烤时间为30-60s，烘烤温度为90-110℃，光刻胶型号为EPG518；
2.2)已涂好保护胶的实验片需在烘箱中烘烤10-15mins，烘烤温度为120-150℃；
2.3)采用化学腐蚀的方式将背面GaAs衬底减薄；
2.4)采用电解抛光的方式，以GaAs外延片为阳极，铜电极为阴极，将背面抛光；
2.5)通过光刻工艺形成背面通孔图案，电子束蒸镀Ni，形成金属掩膜，作为刻蚀阻挡层；
2.6)采用RIE-ICP刻蚀背面通孔，采用浓盐酸去除掩蔽金属Ni，再次电解抛光被刻蚀孔壁，使通孔内壁光滑；
2.7)采用磁控溅射机中蒸镀工艺淀积金属TiW和Au，再用电镀方式对电镀Au，对背面进行加厚，使背面金属与接地金属连接，至此便完成背面通孔制作。
2.根据权利要求1所述的采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，其特征在于：在步骤2.3)中，化学腐蚀所采用的腐蚀液为H3PO4系腐蚀液，配比为：H3PO4:H2O2:CH3COOH＝2:1:1，衬底腐蚀时间为30-60mins，衬底减薄至50-100μm，腐蚀完毕后需将实验片依次放入丙酮和去胶液中分别超声浸泡5-10mins，再放入冲水槽冲洗直至的水阻值需达10MΩ以上。
3.根据权利要求1所述的采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，其特征在于：在步骤2.4)中，电解抛光所采用的电解抛光液配比为：NaSO4:H2O＝5g:100ml，采用恒流输出模式，输出电流为0.6-1A，阴阳极间距为5-15cm，PH＝6-8，抛光时间为5-10mins，抛光完成后需将实验片分别在丙酮、去胶液中超声处理5-10mins，再进行冲水，冲水水阻值需达10MΩ以上，冲水后需用甩干机甩干。
4.根据权利要求1所述的采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，其特征在于：在步骤2.5)中，金属掩膜的厚度为3-5μm。
5.根据权利要求1所述的采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，其特征在于：在步骤2.6)中，RIE-ICP的制程气体为SiCl4/Ar2/Cl2，腔压为0.6pa-2pa，ICP功率为300w-500w，偏压为300-400w，蚀刻深度为90-100μm，刻蚀完毕后需用浓盐酸去除掩蔽金属Ni，处理时间为2-5mins，处理完成后需进行冲水，冲水水阻值需达10MΩ以上，冲水后需用甩干机甩干。
6.根据权利要求1所述的采用电化学工艺制作GaAs MMIC背面通孔的方法，其特征在于：在步骤2.7)中，对已完成背面通孔抛光的实验片需要放入磁控溅射机中蒸镀500-1000埃TiW和3000-5000埃Au作为电镀种子层，再用电镀方法继续电镀3-5μm金，对背面进行加厚，从而完成GaAs MMIC背面通孔的制作。
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Denomination of invention: Method for making GaAs MMIC back through hole by electrochemical process Effective date of registration: 20210929 Granted publication date: 20181002 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Zhongshan branch Pledgor: ZHONGSHAN DEHUA CHIP TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980010236 |