CN106449394B - 采用电解抛光工艺制作GaN HEMT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解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，该方法采用MOCVD得到Si衬底AlGaN/GaN异质结实验片；通过台面隔离、正面电极、欧姆接触等，完成GaN HEMT正面工艺；接着对GaN HEMT正面工艺进行涂胶保护；采用化学腐蚀的方式减薄Si衬底背面，并通过电解抛光方式得到较光滑的背面；进行背面光刻并利用金属Ni做刻蚀阻挡层；采用RIE‑ICP刻蚀形成背面通孔；再次采用电解抛光处理被刻蚀表面，最后得到一个光滑的通孔内壁，完成背面通孔制作。通过本发明不仅可以减少抛光时的成本，而且操作简单，容易获得较平滑的刻蚀表面。
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解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，用于改善GaN器件的散热性能。
背景技术
近年来，第三代宽禁带半导体材料GaN以其较宽的禁带宽度(3.4eV)、较高的击穿电场(3*106V/cm)和较高的电子饱和速率(2*107cm/s)等特点成为大功率、高温、高频应用中具有发展潜力的器件，近年来得到了广泛关注，其作为新一代微波固态功率器件，具有广阔的应用前景。目前，制约GaN HEMT的除了有成本问题外，最主要考虑的问题是散热问题，由于GaN HEMT输出功率大，这意味着耗散功率也同时增大，也为如何进行散热系统的设计提出了挑战。目前考虑的最多的方法是更换衬底，由于SiC衬底有高热导率这个特点，所以可以利用SiC衬底来解决这一问题。但是SiC衬底的缺点是比起蓝宝石和Si衬底，价格有点高，从而对器件成本的降低产生不利的影响。实际上，更换衬底的方法，只是单纯地从材料入手去改变器件的散热能力，并不能彻底地解决衬底散热差的问题。GaN器件在高频应用中，其背面需要大面积接地，于是背面通孔的方法就开始运用于改善GaN HEMT器件性能。而在实际过程中，为了减薄GaN HEMT的背面衬底，一般会利用化学机械研磨和激光刻蚀。但是这样不仅成本比较高，而且刻蚀出来比较粗糙。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用电解抛光工艺制作GaNHEMT背面通孔的方法，改善以Si衬底制备的GaN HEMT器件散热问题。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：采用电解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，包括以下步骤：
1)通过MOCVD得到在Si衬底上生长AlGaN/GaN异质结实验片，然后通过下料清洗、台面隔离、正面电极制作、欧姆接触(肖特基势垒制作)、电镀，完成GaN HEMT正面工艺；
2)将步骤1)已完成的GaN HEMT正面工艺样品进行涂胶保护，保护胶的厚度为10000-12000埃，烘烤时间设为12-18min，烘烤温度为100-120℃，选用正性光刻胶307T；
3)将涂好保护胶的实验品放在烘箱中烘烤8-12min，烘烤温度140-160℃；
4)采用化学腐蚀的方法减薄Si衬底背面；
5)采用电解抛光的方式，以GaN外延片为阳极，铜电极为阴极，将背面抛光；
6)利用光刻得到背面通孔图案，然后运用磁控溅射蒸镀的方法制作Ni掩蔽层，形成金属掩膜；
7)将衬底晶片倾斜θ角，同时采用RIE-ICP方法进行背面通孔的刻蚀；
8)用浓盐酸腐蚀金属掩膜Ni，然后再次电解被腐蚀的孔壁，保证通孔内壁光滑，至此便完成背面通孔制作。
在步骤4)中，化学腐蚀所采用的腐蚀液为KOH腐蚀液，配比为:KOH:H2O:C2H5OH＝2：1：1，衬底腐蚀时间为40-50min，衬底减薄到40-80um，腐蚀完后将实验品依次放入丙酮和去胶液分别超声浸泡8-12min，再进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
在步骤5)中，电解抛光所采用的电解抛光液为Na2SO4，浓度为50g/L，采用恒电流输出模式0.8-1.2A，阴阳极间距为10-20cm，抛光时间8-12min，抛光完毕后将实验片分别放在丙酮、去胶液中处理8-12min，再进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
在步骤6)中，金属掩膜的厚度为1-2um。
在步骤7)中，将衬底晶片倾斜20-30°角，RIE-ICP采用的气体是O2与SF6混合气体，气体流量比为1:3，总流量为40sccm，反应室压力为8mtorr,RIE射频功率设定为300W，ICP射频功率设定为1800W，刻蚀速度2um/min，蚀刻深度为110-120um。
在步骤8)中，刻蚀完毕后需用浓盐酸去除掩膜金属Ni,处理时间为2-4min，处理完成后，进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、采用电解抛光的方式对Si衬底进行减薄，大大的减小了抛光成本，且工艺操作简单，适合实验室、工业上HEMT背面通孔的制作。
2、采用电解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Si衬底上生长AlGaN/GaN异质结实验片。
图2为经过正面处理之后的示意图。
图3为做完正面保护的示意图。
图4为衬底减薄的示意图。
图5为电解抛光对比示意图。
图6为电解抛光装置。
图7为磁控溅射蒸镀Ni的示意图。
图8为RIE-ICP刻蚀示意图。
图9为GaN HEMT最终通孔图。
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GaN HEMT背面通孔，包括Si衬底1，在Si衬底生生长GaN/AlGaN异质外延2，在异质外延表面制作电极3(如图2所示)，在器件背面生成通孔，最终形成GaN HEMT背面通孔优化结构，其具体制作过程如下：
1)通过MOCVD得到在Si衬底上生长AlGaN/GaN异质结实验片，然后经过GaN HEMT通用工艺，即下料清洗、台面隔离、正面电极制作、欧姆接触(肖特基势垒制作)、电镀等，得到台面隔离区域、正面电极、欧姆接触、肖特基势垒等，完成GaN HEMT正面工艺，如图2所示。
2)将步骤1)已完成GaN HEMT正面工艺样品进行涂胶保护，如图3所示，保护胶4的厚度为10000-12000埃，烘烤时间设为12-18min，烘烤温度为100-120℃，选用正性光刻胶307T。
3)将涂好保护胶的实验品放在烘箱中烘烤8-12min,烘烤温度140-160℃，烤完后放置在氮气柜里准备随时用。
4)在腐蚀槽中分别倒入6000mL氢氧化钾、3000mL水、3000mL乙醇，搅拌均匀，冷却至室温，待用，其中要求氢氧化钾：水：乙醇＝2:1:1。
5)将已做好正面涂胶保护的实验片进入氢氧化钾腐蚀液中，上下抖动，设置腐蚀时间为40-50min，Si衬底减薄到40-80um，如图4所示，腐蚀完后将实验片取出再依次放入丙酮和去胶液分别超声浸泡8-12min，再进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
6)在电解槽中加入100g硫酸钠、2000mL纯水，搅拌均匀后检测pH值，用酸碱溶液来调节，使其pH值保持在6-8之间。
7)搭建电解装置(如图6所示)，完毕后把实验片放在阳极9，实验片背面与阴极铜10正对，采用恒电流6输出模式0.8-1.2A，开关7来启动电解装置，滑动变阻器8来控制电流大小，阴阳极间距为10-20cm，抛光时间8-12min，抛光完毕后进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。其中未做电解抛光处理的背面和电解抛光后的背面的对比如图5所示。
8)将实验片分别放在丙酮、去胶液中超声波处理8-12min，再进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
9)在实验片上涂覆负性光刻胶7080T，烘烤温度100-120℃，烘烤时间100-120s，后经过曝光显影获得背面通孔图案。
10)采用磁控溅射蒸镀方法在背面蒸镀1-2um金属镍5，撕金剥离之后，得到刻蚀阻挡层，如图7所示。
11)将实验片放入干法刻蚀设备中，先将实验片倾斜20-30°角，再利用RIE-ICP方法对背面进行干法刻蚀，采用的气体是O2与SF6混合气体，气体流量比为1:3，总流量为40sccm，反应室压力为8mtorr,RIE射频功率设定为300W，ICP射频功率设定为1800W，刻蚀速度2um/min，刻蚀深度为110-120um，刻蚀时间为55-60min，将实验片取出并测量出刻蚀深度，如图8所示。
12)将实验片放入浓盐酸浸泡2-4min，去掉剩余掩膜金属Ni，将实验片进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
13)将步骤6)中的电解液调至7，并将12)步骤中的实验片放入电解阳极，采用恒电流输出模式0.8-1.2A，电解抛光10min后关闭电源。
14)正面工艺样品进行涂胶保护，保护胶的厚度为10000-12000埃，烘烤时间设为12-18min，烘烤温度为100-120℃，选用正性光刻胶307T。
15)将实验片分别放在丙酮、去胶液中超声波处理8-12min，再进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干，完成GaN HEMT背面通孔的制作，如图9所示。
综上所述，相比现有技术，通过本发明不仅可以减少抛光时的成本，而且操作简单，容易获得较平滑的刻蚀表面，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 (5)
1.采用电解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过MOCVD得到在Si衬底上生长AlGaN/GaN异质结实验片，然后通过下料清洗、台面隔离、正面电极制作、欧姆接触即肖特基势垒制作、电镀，完成GaN HEMT正面工艺；
2)将步骤1)已完成的GaN HEMT正面工艺样品进行涂胶保护，保护胶的厚度为10000-12000埃，烘烤时间设为12-18min，烘烤温度为100-120℃，选用正性光刻胶307T；
3)将涂好保护胶的实验品放在烘箱中烘烤8-12min，烘烤温度140-160℃；
4)采用化学腐蚀的方法减薄Si衬底背面；
5)采用电解抛光的方式，以GaN外延片为阳极，铜电极为阴极，将背面抛光；
6)利用光刻得到背面通孔图案，然后运用磁控溅射蒸镀的方法制作Ni掩蔽层，形成金属掩膜；
7)将衬底晶片倾斜θ角，同时采用RIE-ICP方法进行背面通孔的刻蚀；
其中，衬底晶片倾斜θ角的角度为20-30°角，RIE-ICP采用的气体是O2与SF6混合气体，气体流量比为1:3，总流量为40sccm，反应室压力为8mtorr,RIE射频功率设定为300W，ICP射频功率设定为1800W，刻蚀速度2um/min，蚀刻深度为110-120um；
8)用浓盐酸腐蚀金属掩膜Ni，然后再次电解被腐蚀的孔壁，保证通孔内壁光滑，至此便完成背面通孔制作。
2.根据权利要求1所述的采用电解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，其特征在于：在步骤4)中，化学腐蚀所采用的腐蚀液为KOH腐蚀液，配比为:KOH:H2O:C2H5OH＝2：1：1，衬底腐蚀时间为40-50min，衬底减薄到40-80um，腐蚀完后将实验品依次放入丙酮和去胶液分别超声浸泡8-12min，再进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
3.根据权利要求1所述的采用电解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，其特征在于：在步骤5)中，电解抛光所采用的电解抛光液为Na2SO4，浓度为50g/L，采用恒电流输出模式0.8-1.2A，阴阳极间距为10-20cm，抛光时间8-12min，抛光完毕后将实验片分别放在丙酮、去胶液中处理8-12min，再进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
4.根据权利要求1所述的采用电解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，其特征在于：在步骤6)中，金属掩膜的厚度为1-2um。
5.根据权利要求1所述的采用电解抛光工艺制作GaN HEMT背面通孔的方法，其特征在于：在步骤8)中，刻蚀完毕后需用浓盐酸去除掩膜金属Ni,处理时间为2-4min，处理完成后，进行冲水至水阻值达到10MΩ以上，接着甩干。
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Denomination of invention: Method for making GaN HEMT back through hole by electrolytic polishing process Effective date of registration: 20210929 Granted publication date: 20190402 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Zhongshan branch Pledgor: ZHONGSHAN DEHUA CHIP TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980010236 |
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