控制背孔剖面形状的方法

文档序号:6954912阅读:197来源:国知局
专利名称:控制背孔剖面形状的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种控制背孔剖面形状的方法。
背景技术
背孔技术是制备某些半导体器件,尤其是GaN微波器件的关键技术。背孔技术实现了源端的接地,缩短了器件、电路的接地距离,可以有效降低器件接地端的串联电感,从而提高了器件微波状态下的功率特性。在实际的半导体器件制作工艺中,背孔的刻蚀结束后,溅射起镀层,然后电镀金, 实现半导体器件的源端接地。在背孔技术中,背孔刻蚀是关键技术之一。背孔剖面形状直接影响起镀层的覆盖情况,进而影响电镀金属填充情况。现有技术中,背孔刻蚀及后续工序的步骤如下步骤Sl 图1为现有技术在SiC背面溅射金属薄膜层后的示意图。如图1所示, 在减薄的SiC背面(即图1中与源金属相对的面)溅射(或蒸发)金属掩模层(以下以Ni 为例进行说明);步骤S2 在金属薄膜层上涂覆正性光刻胶(光刻胶9918)约1. 5 μ m,利用光刻机 (Karl Suss MA6)曝光、显影所需要的光刻胶图形。图2为现有技术光刻显影后的示意图。 如图2所示,背孔部分的金属薄膜暴露,其余部分的金属薄膜被光刻胶覆盖保护;步骤S3 将曝光后的器件浸入腐蚀液当中进行湿法刻蚀,上述腐蚀液可以为 H2SO4 H2O2 = 2 1的溶液,刻蚀时间为130秒。图3为现有技术湿法刻蚀金属薄膜层后的示意图(光刻胶已去除);步骤S4 以金属为掩膜,采用等离子刻蚀机(Corial 200iL)进行背孔刻蚀。背孔刻蚀完成后,如果有残余的金属薄膜,可以保留并和以后的镀金层连为一体,也可以一并去除。图4为现有技术背孔刻蚀后的示意图;步骤S5 采用溅射生成起镀层(Ti/Au厚度约为40/400nm)。图5为现有技术溅射起镀层后的示意图;步骤S6 背孔金属采用镀金技术进行填充,厚度在15μπι左右,背孔内电镀金用于器件源端接地,以减小器件的接地电阻和电感。图6为现有技术背孔镀金后的示意图。现有背孔技术存在一个较大的问题,由于单一金属薄膜Ni刻蚀方向选择比太高, 刻蚀过程中侧壁非常陡直。图7为现有技术背孔镀金后的背孔剖面SEM照片,由于侧壁非常陡直,起镀层发生断裂,导致溅射起镀层金属时极易出现起镀层断裂,导致电镀金时镀层断裂,造成器件接地不良。解决这一问题的关键是需要获得一个侧壁倾斜的剖面,这样的剖面可以保证起镀层金属能够全面覆盖,避免因为起镀层断裂而导致的电镀金属断裂,影响器件的接地特性。如果增加刻蚀机腔体的压力,以增强各项异性刻蚀来达到倾斜剖面的目的, 将会导致由于压力增大,刻蚀速率下降等问题,在深孔刻蚀中,甚至会出现由于刻蚀反应生成不能及时排出,而导致的刻蚀停止状态。背孔的剖面形状直接影响起镀层的覆盖情况,进而影响电镀金属填充情况。理想的剖面有利于提高背孔起镀层的覆盖能力,进而提高背孔金属填充的成品率。在实现本发明的过程中,发明人意识到现有技术存在如下问题由于金属薄膜的刻蚀方向选择比高,造成背孔侧壁非常陡直,不利于后续的起镀层和电镀金属的制备。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的是解决现有技术中背孔侧壁陡直,不利于后续的起镀层和电镀金属的制备的技术问题,提供一种背孔剖面形状控制方法,以获得合适倾斜角度的背孔剖面。(二)技术方案为实现上述目的,本发明提供了一种背孔剖面形状控制方法,该方法包括在底层材料上沉积金属薄膜;刻蚀去除底层材料上背孔位置沉积的金属薄膜;以底层材料上剩余的金属薄膜为掩膜对底层材料进行等离子刻蚀,通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对背孔剖面形状的控制。优选地,本技术方案中,底层材料为碳化硅SiC,制冷介质为氦,通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对背孔剖面形状的控制中,氦的流量从大于等于 IOOsccm降至小于等于lOsccm,呈近似线性变化。(三)有益效果本发明通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量,进而升高被刻蚀器件的温度,来缓慢降低底层材料的刻蚀方向选择比,最终获得倾斜的背孔剖面。该倾斜的背孔剖面,便于背孔内壁起镀层金属的完整覆盖,从而实现了背孔内镀层金的完整填充。


图1为现有技术在SiC背面溅射金属薄膜层后的示意图;图2为现有技术光刻显影后的示意图;图3为现有技术湿法刻蚀金属薄膜层后的示意图;图4为现有技术背孔刻蚀后的示意图;图5为现有技术溅射起镀层后的示意图;图6为现有技术背孔镀金后的示意图;图7为现有技术背孔镀金后的背孔剖面SEM照片;图8为根据本发明实施例一背孔剖面控制方法的流程图;图9为本发明实施例二控制背孔剖面形状方法等离子刻蚀步骤第一阶段的背孔剖面示意图;图10为本发明实施例二控制背孔剖面形状方法等离子刻蚀步骤第二阶段的背孔剖面示意图;图11为本发明实施例二控制背孔剖面形状方法背孔镀金后的示意图;图12为本发明实施例二背孔镀金后的背孔剖面SEM照片;图13为本发明实施例二背孔镀金后的背孔剖面光学显微镜照片。
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。实验证明,在等离子体刻蚀过程中,被刻蚀器件的温度对刻蚀方向选择比具有相当的影响。本发明通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量,进而升高被刻蚀器件的温度,来缓慢降低底层材料的刻蚀方向选择比,最终获得倾斜的刻蚀剖面。图8为根据本发明实施例一背孔剖面形状控制方法的流程图。如图8所示,本实施例包括步骤S802,在底层材料上沉积金属薄膜;步骤S804,刻蚀去除底层材料上背孔位置沉积的金属薄膜;步骤S806,以底层材料上剩余的金属薄膜为掩膜对底层材料进行等离子刻蚀,通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对背孔剖面形状的控制。本实施例中,底层材料为碳化硅SiC,制冷介质为气态氦。逐步降低制冷介质的流量中,氦的流量从大于等于lOOsccm(流量单位标准毫升每分钟)降至小于等于lOsccm, 呈近似线性变化。优选地,氦的流量从lOOsccm降至Osccm。为简化对等离子刻蚀设备的控制,除制冷介质流量外,其他刻蚀参数不变。本实施例中,金属薄膜为镍Ni薄膜,SiC的厚度为90 μ m, Ni薄膜的厚度为3 μ m, 等离子刻蚀过程持续约2-5小时。此外,金属薄膜还可以为钨W薄膜或Ti薄膜,此种情况下,需要根据相应刻蚀速率来确定金属薄膜的厚度和刻蚀时间。本实施例中,背孔的倾斜角度介于60° -80°之间。优选地,为65° -75°之间,最好为70°。本实施例中,刻蚀去除底层材料上背孔位置沉积的金属薄膜包括在金属薄膜上旋涂光刻胶;通过曝光、显影步骤,将背孔位置旋涂的光刻胶去除,暴露背孔位置沉积的金属薄膜;通过湿法刻蚀,将背孔位置沉积的金属薄膜去除。本实施例中,在底层材料上获得背孔的步骤之后还包括在具有背孔的底层材料上溅射起镀层,起镀层为双层,下层为Ti层,上层为Au层;在起镀层上电镀Au。基于图8所示的背孔剖面形状控制方法,以下结合具体的实施例对本发明进一步详细说明。其中,本实施例背孔剖面形状控制方法的前三个步骤与背景技术中介绍的背孔刻蚀的前三个步骤相同,此处不再重复描述。其区别在于第四个步骤-等离子体刻蚀步骤。刻蚀气体为六氟化硫(SF6),流量65SCCM同时添加氧气(02),流量3SCCM背孔刻蚀时间265分钟。刻蚀功率低频功率Lf = 750W,射频功率源RF = 120W.在等离子体刻蚀步骤中,由于等离子体的物理轰击,被刻蚀器件的表面产生热量, 掩膜表面温度升高,通常都采用被刻蚀器件背面冷却的方法,来保证刻蚀的稳定性和掩膜对被刻蚀器件衬底材料的刻蚀方向选择比。本实施例的等离子体刻蚀步骤中,缓慢调整背孔用于冷却的氦的流量,该流量是一个缓慢减小的,被刻蚀器件背面用于冷却的氦流量减小,金属掩膜对SiC材料的刻蚀方向选择比缓慢变化。该步骤主要分为两个阶段第一个阶段刚开始刻蚀时,背面冷却的氦流量为lOOsccm,金属掩膜(以Ti掩膜为例)的表面温度较低,刻蚀方向选择比较高。图9为本发明实施例二控制背孔剖面形状
5方法等离子刻蚀步骤第一阶段的背孔剖面示意图。如图9所示,背孔剖面是垂直的,并非理想的背孔剖面。第二个阶段继续刻蚀,逐渐减小氦气流量,直至氦流量为Osccm。由于背面冷却的氦流量减小,金属掩膜的横向刻蚀速率加快。图10为本发明实施例二控制背孔剖面形状方法等离子刻蚀步骤第二阶段的背孔剖面示意图。如图10所示,背孔剖面有了一定的倾斜角度,有利于后续的器件制备。需要注意的是,当SiC刻蚀完成后,可能在上边还有一部分残余的Ti掩膜。在这种情况下,可以直接去除残余的Ti掩膜;也可以不去除残余的Ti掩膜, 而将其与后续的电镀金合为一体。在等离子刻蚀步骤结束后,溅射起镀层,电镀。图11为本发明实施例二控制背孔剖面形状方法背孔镀金后的示意图。图12为本发明实施例二背孔镀金后的背孔剖面SEM照片;图13为本发明实施例二背孔镀金后的背孔剖面光学显微镜照片。如图11、图12、图13 所示,由于剖面倾斜,溅射的起镀层金属(例如Ti/Au起镀层)容易覆盖整个背孔的内壁, 电镀时易于金属(例如Au)的填充,由于起镀层金属能够有效覆盖,电镀的填充没有裂缝、 保证了器件源端有效接地。由于采用该技术使得背孔的刻蚀过程中既不用增加刻蚀的压力,也不用改变刻蚀的功率,利用单层掩膜的相同刻蚀条件下随着冷却流量变化导致对SiC的不同刻蚀方向选择比实现剖面的倾斜控制,获得了比较理想的剖面,便于以后道背孔的金属填充,成本低, 实现简单,易于操作。以上的具体实施例,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。
权利要求
1.一种控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,包括 在底层材料上沉积金属薄膜;刻蚀去除所述底层材料上背孔位置沉积的金属薄膜;以所述底层材料上剩余的金属薄膜为掩膜对所述底层材料进行等离子刻蚀,通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对所述背孔剖面形状的控制。
2.根据权利要求1所述的控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,所述底层材料为碳化硅SiC,所述制冷介质为氦。
3.根据权利要求2所述的控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,所述通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对背孔剖面形状的控制中,所述氦的流量从大于等于lOOsccm降至小于等于lOsccm,呈近似线性变化。
4.根据权利要求3所述的控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,所述氦的流量从 IOOsccm 降至 Osccm0
5.根据权利要求4所述的控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,所述SiC的厚度为 90 μ m,所述金属薄膜为镍Ni薄膜,所述Ni薄膜的厚度为3 μ m。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,所述背孔的倾斜角度介于60°至80°之间。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,所述刻蚀去除底层材料上背孔位置沉积的金属薄膜包括在所述金属薄膜上旋涂光刻胶;通过曝光、显影步骤,将背孔位置旋涂的光刻胶去除,暴露所述背孔位置沉积的金属薄膜;通过湿法刻蚀,将所述背孔位置沉积的金属薄膜去除。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的控制背孔剖面形状的方法,其特征在于,所述以底层材料上剩余的金属薄膜为掩膜对底层材料进行等离子刻蚀之后还包括在具有背孔的所述底层材料上溅射起镀层,所述起镀层为双层,下层为Ti层,上层为 Au层;在所述起镀层上电镀Au。
全文摘要
本发明公开了一种控制背孔剖面形状的方法。该方法包括在底层材料上沉积金属薄膜;刻蚀去除底层材料上背孔位置沉积的金属薄膜;以底层材料上剩余的金属薄膜为掩膜对底层材料进行等离子刻蚀,通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对背孔剖面形状的控制。利用本发明公开的方法,可以获得倾斜的背孔剖面,便于背孔内壁起镀层金属的完整覆盖,从而实现了背孔内镀层金的完整填充。
文档编号H01L21/02GK102456610SQ20101052027
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者刘新宇, 刘果果, 魏珂, 黄 俊 申请人:中国科学院微电子研究所
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