CN112038287B - 改善GaAs接地孔内金属应力的通孔及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于半导体技术领域,提供了一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔及制备方法,该方法包括:在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上;对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行横向腐蚀;对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上;在晶圆背面和通孔内溅射种子层,在种子层上制备电镀层,腐蚀掉晶圆背面的电镀层和种子层。通过设计并制作通孔形貌,减缓金属镀层在孔内的应力集中点分布,解决了由于金属镀层应力集中导致GaAs开裂和电镀层脱落的问题,且改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法的操作简单、可重复性好,能够满足批产的要求。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域,尤其涉及一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔及制备方法。
背景技术
在微波功率开关器件及高速功率开关器件中,通孔的制作技术是影响器件对地电感和电容参数的关键因素。在传统的GaAs晶圆通孔制作技术中,通常从器件背面使用干法刻蚀技术对通孔区域内的衬底材料进行刻蚀,到器件正面的金属电极终止。刻蚀完成后,再电镀一层金属,用以正面器件接地,但芯片背面接地通孔内金属镀层经常出现应力集中点,导致该点GaAs材料开裂,或者出现GaAs与镀层金属分离,严重影响芯片整体可靠性。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔及制备方法,旨在解决现有技术中由于接地通孔内的应力集中点导致GaAs材料开裂,或者出现GaAs与镀层金属分离的问题。
为实现上述目的,本发明实施例的第一方面提供了一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,包括:
在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上;
对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行横向腐蚀;
对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上;
在晶圆背面和通孔内溅射种子层,在种子层上制备电镀层,腐蚀掉晶圆背面的电镀层和种子层。
作为本申请另一实施例,所述正面工艺制备完成的晶圆依次包括GaAs衬底、第一外延层、第二外延层、底层金属和保护层。
作为本申请另一实施例,所述在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上,包括:
在正面工艺制备完成的晶圆背面涂覆光刻胶,并进行曝光显影,显影区域为所述底层金属对应的接地通孔区域;
采用ICP刻蚀工艺,刻蚀掉显影区域内的GaAs衬底对应的GaAs;
采用F基刻蚀气体刻蚀所述第一外延层对应的材料,刻蚀终止在第二外延层上。
作为本申请另一实施例,所述第一外延层采用的材料为GaAs或AlGaAs;
所述第二外延层采用的材料为AlAs。
作为本申请另一实施例,所述对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行横向腐蚀,包括:
采用柠檬酸腐蚀液对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行腐蚀,其中通孔内半径扩大的范围为2um~3um。
作为本申请另一实施例,所述对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上,包括:
采用ICP刻蚀工艺,以晶圆背面涂覆的光刻胶为掩膜继续对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,通孔孔底对应的第二外延层形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上;
去掉晶圆背面剩余的光刻胶。
作为本申请另一实施例,所述种子层采用的金属为钛钨和金;
所述电镀层采用的金属为金。
作为本申请另一实施例,所述底层金属为源漏级对应金属。
本发明实施例的第二方面提供了一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔,包括:
在衬底上依次设置的第一外延层和第二外延层,在所述第二外延层的预设位置设置源漏级对应的底层金属,在所述底层金属上和所述第二外延层上设置保护层,所述底层金属对应的衬底背面区域、第一外延层区域和第二外延层区域设置的通孔,且在所述通孔内部、第二外延层区域形成台阶状形貌,在通孔内部依次设置种子层和电镀层。
作为本申请另一实施例,所述衬底对应的材料为GaAs;
所述第一外延层对应的材料为GaAs或AlGaAs;
所述第二外延层对应的材料为AlAs;
所述种子层采用的金属为钛钨和金;
所述电镀层采用的金属为金。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:与现有技术相比,本发明通过设计并制作通孔形貌,减缓金属镀层在孔内的应力集中点分布,解决了由于金属镀层应力集中导致GaAs开裂和电镀层脱落的问题,且改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法的操作简单、可重复性好,能够满足批产的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法的实现流程示意图;
图2是本发明实施例提供的晶圆背面涂覆光刻胶并进行曝光显影后的示意图;
图3是本发明实施例提供的初次刻蚀后通孔示意图;
图4是本发明实施例提供的进行腐蚀后的通孔示意图;
图5是本发明实施例提供的台阶状形貌的示意图;
图6是本发明实施例提供的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔的示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法的实现流程示意图,详述如下。
步骤101,在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上。
可选的,所述正面工艺制备完成的晶圆依次包括GaAs衬底、第一外延层、第二外延层、底层金属和保护层。需要说明的是,底层金属即源漏级对应的金属。这里在第二外延层的预设位置上制备源漏级金属,然后在源漏级金属上和第二外延层表面制备保护层。
可选的,第一外延层可以为为GaAs或AlGaAs外延层;第二外延层采用的材料为AlAs。保护层采用的材料为SiN。
可选的,本步骤中所述在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上,可以包括:
在正面工艺制备完成的晶圆背面涂覆光刻胶,并进行曝光显影,显影区域为所述底层金属对应的接地通孔区域。如图2所示,GaAs衬底2上涂覆光刻胶1,光刻胶1上的空白区域即为曝光显影区域。另外,第一外延层表示为3、第二外延层表示为4、底层金属用6表示和保护层用5表示。
然后采用ICP刻蚀工艺,刻蚀掉显影区域内的GaAs衬底对应的GaAs;再采用F基刻蚀气体刻蚀所述第一外延层对应的材料,刻蚀终止在第二外延层上。如图3所示初次刻蚀后通孔示意图,通孔制备至AlAs上。
步骤102,对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行横向腐蚀。
可选的,所述对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行横向腐蚀,可以包括:采用柠檬酸腐蚀液对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行腐蚀,其中通孔内半径扩大的范围为2um~3um。
采用腐蚀液GaAs对通孔进行湿法腐蚀,腐蚀液液GaAs对AlAs的高选择比设置为约1:30,这样第一外延层和第二外延层进行横向扩大,扩大范围为通孔横向扩大2um~3um,但是AlAs基本没有被腐蚀。如图4所示进行腐蚀后的通孔示意图。
步骤103,对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上。
可选的,所述对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上,可以包括:
采用ICP刻蚀工艺,以晶圆背面涂覆的光刻胶为掩膜继续对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,通孔孔底对应的第二外延层形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上;去掉晶圆背面剩余的光刻胶。
通孔采用两次ICP刻蚀工艺进行刻蚀,目的是为了在第二外延层上形成台阶状形貌,如图5所示,这种台阶状形貌能够有效缓解步骤104中制备的种子层和电镀层金属在通孔底边沿的应力集聚,解除孔内GaAs易开裂、金属易脱落的问题。
步骤104,在晶圆背面和通孔内溅射种子层,在种子层上制备电镀层,腐蚀掉晶圆背面的电镀层和种子层。
可选的,所述种子层采用的金属为钛钨和金;所述电镀层采用的金属为金。电镀层可以实现底层金属的接地互联。
可选的,在完成通孔制备后,将GaAs衬底背面的电镀层和种子层腐蚀掉,仅留下通孔内部的金属。
如图6所示的通孔制备完成的示意图,其中,7表示种子层,8表示电镀层。
上述改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,通过在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上;对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行横向腐蚀;对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上;在晶圆背面和通孔内溅射种子层,在种子层上制备电镀层,腐蚀掉晶圆背面的电镀层和种子层。通过设计并制作通孔形貌,减缓金属镀层在孔内的应力集中点分布,解决了由于金属镀层应力集中导致GaAs开裂和电镀层脱落的问题,且改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法的操作简单、可重复性好,能够满足批产的要求。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
如图6所示,一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔,包括上述任一实施例提供的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法制备得到的通孔,详述如下。
在衬底上依次设置的第一外延层和第二外延层,在所述第二外延层的预设位置设置源漏级对应的底层金属,在所述底层金属上和所述第二外延层上设置保护层,所述底层金属对应的衬底背面区域、第一外延层区域和第二外延层区域设置的通孔,且在所述通孔内部、第二外延层区域形成台阶状形貌,在通孔内部依次设置种子层和电镀层。
可选的,所述衬底对应的材料为GaAs;所述第一外延层对应的材料为GaAs或AlGaAs;所述第二外延层对应的材料为AlAs;所述种子层采用的金属为钛钨和金;所述电镀层采用的金属为金。
上述改善GaAs接地孔内金属应力的通孔,通过在衬底上依次设置的第一外延层和第二外延层,在所述第二外延层的预设位置设置源漏级对应的底层金属,在所述底层金属上和所述第二外延层上设置保护层,所述底层金属对应的衬底背面区域、第一外延层区域和第二外延层区域设置的通孔,且在所述通孔内部、第二外延层区域形成台阶状形貌,在通孔内部依次设置种子层和电镀层。通过设计并制作通孔形貌,减缓金属镀层在孔内的应力集中点分布,解决了由于金属镀层应力集中导致GaAs开裂和电镀层脱落的问题,且改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法的操作简单、可重复性好,能够满足批产的要求。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,其特征在于,包括:
在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域采用干法刻蚀方式进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上;所述正面工艺制备完成的晶圆依次包括GaAs衬底、第一外延层、第二外延层、底层金属和保护层;
对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层采用湿法腐蚀方式进行横向腐蚀;
对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上;
在晶圆背面和通孔内溅射种子层,在种子层上制备电镀层,腐蚀掉晶圆背面的电镀层和种子层。
2.如权利要求1所述的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,其特征在于,所述在正面工艺制备完成的晶圆背面的预设区域进行通孔刻蚀,刻蚀终止在第二外延层上,包括:
在正面工艺制备完成的晶圆背面涂覆光刻胶,并进行曝光显影,显影区域为所述底层金属对应的接地通孔区域;
采用ICP刻蚀工艺,刻蚀掉显影区域内的GaAs衬底对应的GaAs;
采用F基刻蚀气体刻蚀所述第一外延层对应的材料,刻蚀终止在第二外延层上。
3.如权利要求1所述的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,其特征在于,所述第一外延层采用的材料为GaAs或AlGaAs;
所述第二外延层采用的材料为AlAs。
4.如权利要求2所述的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,其特征在于,所述对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行横向腐蚀,包括:
采用柠檬酸腐蚀液对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层进行腐蚀,其中通孔内半径扩大的范围为2um~3um。
5.如权利要求4所述的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,其特征在于,所述对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上,包括:
采用ICP刻蚀工艺,以晶圆背面涂覆的光刻胶为掩膜继续对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀,通孔孔底对应的第二外延层形成台阶状形貌,刻蚀终止在底层金属上;
去掉晶圆背面剩余的光刻胶。
6.如权利要求1所述的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,其特征在于,所述种子层采用的金属为钛钨和金;
所述电镀层采用的金属为金。
7.如权利要求1所述的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔制备方法,其特征在于,所述底层金属为源漏级对应金属。
8.一种改善GaAs接地孔内金属应力的通孔,其特征在于,包括:
在GaAs衬底上依次设置的第一外延层和第二外延层,在所述第二外延层的预设位置设置源漏级对应的底层金属,在所述底层金属上和所述第二外延层上设置保护层,所述底层金属对应的衬底背面区域、第一外延层区域和第二外延层区域设置的通孔,且在所述通孔内部、第二外延层区域形成台阶状形貌,在通孔内部依次设置种子层和电镀层;
其中,所述通孔采用干法刻蚀方式进行刻蚀得到,所述台阶状形貌通过对刻蚀的通孔内的第一外延层和第二外延层采用湿法腐蚀方式进行横向腐蚀,对通孔孔底区域对应的第二外延层进行刻蚀得到。
9.如权利要求8所述的改善GaAs接地孔内金属应力的通孔,其特征在于,
所述第一外延层对应的材料为GaAs或AlGaAs;
所述第二外延层对应的材料为AlAs;
所述种子层采用的金属为钛钨和金;
所述电镀层采用的金属为金。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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