CN106684061A - 一种磷化铟背孔的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种磷化铟背孔的制作方法,包括:(1)在磷化铟圆片正面需要开背孔的位置,制作金属阻挡层,并完成正面工艺;(2)将圆片正面与临时载片蓝宝石键合,并对圆片背面进行减薄、抛光;(3)在圆片背面光刻制作背孔图形,并且保证背孔位置与正面金属阻挡层一致,形成刻蚀掩模;(4)将STS ICP干法刻蚀机的背氦温度升至190℃,利用氯气(Cl2)和氩气Ar组合气体进行干法刻蚀,直到刻到正面金属阻挡层;(5)去除刻蚀掩模;(6)背面溅射种子层,电镀背金填充背孔,完成背孔制作。本发明优点:解决了磷化铟深孔刻蚀的难题,背孔形貌、刻蚀重复性、一致性都很好,同时工艺简单,能与砷化镓工艺兼容,适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种磷化铟背孔的制作方法,属于半导体集成电路技术领域。
背景技术
磷化铟(InP)器件具有超高速、低功耗等优越特性,在制造高速毫米波单片集成电路(MMIC)和亚毫米波单片集成电路(SMMIC)方面具有很大潜力,它们是宽带无线通讯系统和太赫兹成像系统的关键组件,因而引起人们的广泛关注。背孔是MMIC制造的关键工艺,通过将圆片衬底减薄,打通衬底形成接地通孔,可以有效降低寄生电感和接地电阻,并且能更好地散热。引入背孔后,人们制造出了高性能的GaAs电路,形成了比较成熟的背面工艺和生产线,保证了很高的成品率。在此基础上,我们也期望InP的背面工艺可以与GaAs兼容。
InP背孔深度达100um,为了保证背孔形貌,只能采用感应耦合等离子体(ICP)进行各向异性的干法刻蚀。与GaAs不同的是,InP的刻蚀生成物沸点很高,不易挥发。常规的ICP进行InP深孔刻蚀,生成物容易沉积,阻挡刻蚀,导致速率很慢甚至无法刻蚀。为了使生成物解附,一方面刻蚀时圆片温度需要达到250度左右;另一方面,刻蚀气体需要包含能产生化学反应与物理轰击共同作用的组分。
高温刻蚀对一系列相关背面工艺,例如键合分离机制、刻蚀掩模的选择等,都有一定的要求,对背孔形貌的控制、刻蚀均匀性和重复性也提出了挑战,使得InP背孔的制作成为难题。
发明内容
本发明提出的是一种磷化铟背孔的制作方法,其目的旨在解决InP深孔刻蚀难题,提供完整的与GaAs工艺兼容的InP背孔制作工艺流程。具有
效果好、工艺流程简单等特点。
本发明的技术解决方案:磷化铟背孔的制作方法,包括以下步骤:
(1)在磷化铟圆片正面需要开背孔的位置,制作金属阻挡层,并完成正面工艺;
(2)将圆片正面与临时载片蓝宝石键合,并对圆片背面进行减薄、抛光;
(3)在圆片背面光刻制作背孔图形,并且保证背孔位置与正面金属阻挡层一致,形成刻蚀掩模;
(4)将STS腔体温度升至190℃,利用Cl2+Ar 进行ICP干法刻蚀,直到刻到正面金属阻挡层;
(5)去除刻蚀掩模;
(6)背面溅射种子层,电镀背金填充背孔,完成背孔制作;
磷化铟背孔深度约100um,因此需要进行粘片、减薄、抛光等一系列背面工艺将衬底减薄至100um。整个流程的关键在于对键合后的磷化铟圆片进行高温刻蚀。因为磷化铟圆片温度与设备背氦和刻蚀过程产生的能量有关,磷化铟圆片有可能局部过热,导致刻蚀不均匀。为了保证全片背孔的一致性,需要在磷化铟圆片正面做一层金属阻挡层,防止过刻。高温刻蚀要求掩模耐高温、耐刻蚀,金属Ni满足要求。考虑到刻蚀选择比、磷化铟生成物不易挥发,刻蚀气体选择Cl2+Ar。氩离子的轰击能有效阻挡InClx生成物的堆积,保证刻蚀速率。完成后的背孔顶宽底窄,可利用传统的溅射种子层+电镀的方法在背孔侧壁、底部和表面镀上一层Au,实现正面金属与背金互连的目的。
本发明的优点:
1)解决了磷化铟深孔刻蚀的难题,提出了一种利用Cl2+Ar高温下进行ICP刻蚀的方案,并提供了一整套背孔制作的工艺流程;
2)整套工艺流程与GaAs工艺兼容;
3)工艺简单可控;
4)背孔形貌、一致性和重复性都很好,可用于批量生产。
附图说明
图1是在磷化铟圆片正面做了金属阻挡层,并与临时载片蓝宝石用高温蜡粘片,然后完成减薄、抛光的圆片剖面图。
图2是完成背孔光刻后的圆片剖面图。
图3是完成背孔刻蚀后的圆片剖面图。
图4是去除Ni掩模后的圆片剖面图。
图5是完成背金电镀后的圆片剖面图。
具体实施方式
结合附图进一步描述本发明的技术方案;
制作磷化铟背孔的方法,具体方法如下:
(1)在磷化铟圆片正面做一层金属阻挡层,将圆片正面与临时载片蓝宝石键合,对键合后的InP背面进行减薄、抛光,完成后圆片的剖面图如图1所示;
(2)在磷化铟圆片背面光刻制作背孔图形,图形与正面金属阻挡层对齐,形成背孔刻蚀掩模,背孔掩模完成后的圆片剖面图如图2所示;
(3)磷化铟圆片加热的同时,利用感应耦合等离子体(ICP)对磷化铟进行干法刻蚀,刻蚀停止在正面金属阻挡层,形成贯通衬底的背面通孔。刻蚀气体为氯气(Cl2)和氩气(Ar)的组合气体。完成刻蚀后的背孔剖面图如图3所示;
(4)利用盐酸去除Ni胶掩模,背孔底部的金属不受影响。掩模去除后的背孔剖面图如图4所示;
(5)在磷化铟圆片背面全片溅射种子层,电镀背金,使背孔的底部、侧壁、表面全部镀上Au,使正面金属与背金互连。完成背金电镀后的背孔剖面图如图5所示。
实施例
制作磷化铟背孔的方法,包括如下步骤:
(1)在磷化铟圆片正面做一层300nm的TiPtAu金属阻挡层,完成正面工艺后将磷化铟圆片正面与蓝宝石用高温蜡粘片,然后用磨片机将磷化铟衬底厚度减薄至100um;
(2)使用光刻胶光刻背孔图形,然后蒸发Ni金属作为刻蚀掩模;
(3)利用STS ICP干法刻蚀机的背氦将圆片升温至190度,使用氯气(Cl2)和氩气(Ar)的组合气体对磷化铟进行刻蚀,刻蚀速率约1um/min;
(4)利用稀盐酸去掉Ni刻蚀掩模;
(5)在磷化铟圆片背面溅射种子层Ti/Au/Ti,再电镀5um左右的Au,使背孔底部、侧壁以及磷化铟圆片背面覆盖5um左右的金属,实现正面金属通过背孔与背金互连。
Claims (7)
1.一种磷化铟背孔的制作方法,其特征是该方法包括以下步骤:
(1)在磷化铟圆片正面需要开背孔的位置,制作金属阻挡层,并完成正面工艺;
(2)将磷化铟圆片正面与临时载片蓝宝石键合,并对圆片背面进行减薄、抛光;
(3)在磷化铟圆片背面光刻制作背孔图形,并且保证背孔位置与正面金属阻挡层一致,形成刻蚀掩模;
(4)将STS ICP干法刻蚀机的背氦温度升至190℃,利用氯气Cl2和氩气Ar组合气体进行干法刻蚀,直到刻到正面金属阻挡层;
(5)去除刻蚀掩模;
(6)背面溅射种子层,电镀背金填充背孔,完成背孔制作。
2.根据权利要求1所述的一种磷化铟背孔的制作方法,其特征是所述磷化铟圆片正面是利用金属阻挡层控制刻蚀深度的。
3.根据权利要求1所述的一种磷化铟背孔的制作方法,其特征是所述背孔刻蚀掩模使用的是金属Ni掩膜,该掩膜耐受高温刻蚀。
4.根据权利要求1所述的一种磷化铟背孔的制作方法,其特征是所述背孔刻蚀使用Cl2和Ar的组合气体进行ICP刻蚀,氯离子主要起化学刻蚀作用,氩离子主要起物理轰击作用。
5.根据权利要求1所述的一种磷化铟背孔的制作方法,其特征是所述刻蚀过程:利用背氦温度及刻蚀产生的能量将圆片温度控制在245-255℃,以保证刻蚀速率及背孔形貌。
6.根据权利要求3所述的一种磷化铟背孔的制作方法,其特征是所述去除刻蚀掩模:利用稀盐酸去掉Ni刻蚀掩模。
7.根据权利要求1所述的一种磷化铟背孔的制作方法,其特征是所述背孔顶宽底窄,溅射种子层后在侧壁电镀上一层Au,以实现正面金属与背金互连。
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