一种化合物基半导体超薄衬底制作方法与流程

本发明涉及一种化合物基半导体超薄衬底制作方法，属于半导体制造的技术领域。

技术背景

随着太赫兹技术的不断进步发展，化合物半导体材料以其可裁剪的能带结构、高电子迁移率等物理特性在太赫兹器件技术领域得到广泛应用，但是由于工作频率高，太赫兹固体器件的衬底损耗不容忽视，降低太赫兹固体器件的衬底厚度一致都是业界提高太赫兹器件性能的重要手段，也是一个重大技术难题。

现有采用直接减薄方式减小太赫兹器件衬底厚度的方法，在实际工艺过程中操作误差大，衬底平整性差，而且给后续工艺造成操作空难，急需改进这一传统减薄方式。

技术实现要素：

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是直接减薄制作太赫兹器件造成的衬底平整性差、误差大的问题，在直接减薄过程中，由于要实现非常薄的衬底，在后期制作过程中，减薄速率必须降到很低，而且由于衬底薄至10微米以下，给后续工艺如去粘附剂、划片等过程中都有着非常大的操作难度。

（二）技术方案

为了解决以上技术问题，结合附图1-6进行说明，本发明提供了一种化合物基半导体超薄衬底制作方法：其包括如下步骤：

(1)在化合物基外延材料层上制作完成太赫兹器件；

(2)采用光刻、刻蚀的方法在太赫兹器件周围形成深的隔离台面，刻蚀深度为3-10微米，去胶，并清洗干净；

(3)在化合物半导体衬底片正面涂光刻胶，光刻胶为PMMA电子束光刻胶，并进行180℃3分钟坚膜；

(4)在临时衬底片上生长保护介质二氧化硅20纳米，生长方式为PECVD；

(5)将化合物半导体衬底与临时衬底片进行粘附，粘附剂为低温蜡；

(6)对化合物基半导体衬底片进行快速减薄、慢速减薄、抛光，直到化合物基衬底厚度减薄到20-30微米；

(7)采用等离子体刻蚀的方式，刻蚀衬底背面，直到台面外的外延层全部刻蚀掉；

(8)采用有机溶剂浸泡的方式去掉粘附剂和光刻胶，得到衬底厚度为3-10微米的化合物基半导体器件。

所述化合物半导体为砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅等半导体材料。

所述步骤(1)中，太赫兹器件包括异质结双极晶体管、高电子迁移率晶体管、肖特基二极管、耿式二极管等。

所述步骤(2)中，刻蚀掩膜为光刻胶4620，厚度为15微米，刻蚀方式为ICP刻蚀。

所述步骤(2)中，去胶采用丙酮、乙醇、DI水清洗。

所述步骤(3)中，在刻蚀有隔离深槽的化合物半导体外延片上，先涂PMMA电子束光刻胶4微米，180烘胶2分钟；然后再涂PMMA电子束光刻胶6微米，180度热板厚胶2分钟，在其上一共涂PMMA电子束光刻胶10微米。

所述步骤(4)中，对临时衬底片可以是硅片、氮化硅片、玻璃片、石英片等，在临时衬底片表面进行二氧化硅介质保护，主要用于衬底片的二次回收再利用，再完成减薄之后，将二氧化硅腐蚀掉，即可恢复良好的衬底表面。

所述步骤(4)中，对临时保护介质可以是氮化硅、三氧化二铝等。

所述步骤(6)中，对化合物半导体衬底的减薄，分为三个阶段，第一阶段快速减薄，可减薄至35-50微米微米厚度；第二阶段为慢速减薄，可减薄至20-25微米微米；第三阶段为抛光减薄。

所述步骤(7)中，刻蚀过程必须在台面外区域进行刻蚀监控，刻蚀速率控制在1微米每分钟以内，由于光刻胶与化合物半导体的刻蚀速率不同，到刻蚀完化合物半导体，过刻蚀30sec后完成刻蚀。

所述步骤(8)中，首先采用去蜡液对低温蜡进行浸泡去除，然后选用丙酮、乙醇、DI水对衬底片进行清洗，从而得到衬底厚度为3-10微米的化合物基半导体器件。

（三）有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明有以下有益效果：

本发明采用的化合物半导体衬底减薄方法，首先在正面进行台面隔离和衬底厚度标定，进而得到相应的减薄和刻蚀工艺，主要是通过正面刻蚀工艺确定衬底厚度，工艺简单，厚度可控性好，其次在背面工艺中采用刻蚀的方法，通过刻蚀监控确保了衬底厚度误差，并可以通过调整刻蚀速率减小衬底的厚度误差，为太赫兹器件的参数稳定性提供保证。

附图说明：

图1为化合物半导体衬底制作深台面后示意图

图2为化合物半导体衬底片涂光刻胶粘附剂后结构示意图

图3为临时衬底片生长SiO2后示意图

图4为将化合物半导体衬底片与临时衬底片进行粘附后的结构示意图

图5为将化合物半导体衬底进行减薄抛光后的结构示意图

图6为将化合物半导体衬底片进行背面刻蚀后的结构示意图

附图中标记表示为：1-化合物半导体衬底片，2-PMMA和粘附剂-低温蜡，3-临时衬底片，4-二氧化硅。

具体实施方式

本实施例提供一种化合物半导体砷化镓衬底减薄的方法，包括如下步骤：

(1)在砷化镓化合物外延材料层上制作完成肖特基二极管太赫兹器件；

(2)采用AZ4620光刻胶作为掩膜在太赫兹器件周围定义形成深的隔离台面，采用ICP刻蚀，刻蚀气体为氯气和三氯化硼，刻蚀深度为6微米，用丙酮去胶，并采用丙酮、乙醇、去离子水清洗干净；

(3) 在刻蚀有隔离深槽的砷化镓外延片上，先涂PMMA电子束光刻胶4微米，180烘胶2分钟；然后再涂PMMA电子束光刻胶6微米，180度热板厚胶2分钟，在其上一共涂PMMA电子束光刻胶10微米。

(4)在石英衬底片上生长保护介质二氧化硅20纳米，生长方式为PECVD；

(5)将砷化镓半导体衬底正面与石英衬底片进行粘附，粘附剂为低温蜡；

(6)对砷化镓半导体衬底片进行快速减薄、慢速减薄、抛光，直到化合物基衬底厚度减薄到25微米左右；

(7)采用ICP等离子体刻蚀的方式，刻蚀气体为氯气和三氯化硼，刻蚀衬底背面，采用ICP系统自带的终点检测系统进行刻蚀监控，直到台面外的外延层全部刻蚀掉，露出PMMA光刻胶，过刻蚀30sec，停止刻蚀；

(8)采用去蜡液、丙酮、乙醇等有机溶剂浸泡的方式去掉粘附剂和光刻胶，得到衬底厚度为6微米的化合物基半导体器件。

以上所述的具体实施例，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，以上所述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。