一种高电子迁移率晶体管背孔刻蚀的终点监控方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高电子迁移率晶体管背孔刻蚀的终点监控方法。

背景技术：

GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）以其特有的高电子迁移率、高二维电子气面密度、高击穿电场成为下一代射频/微波功率放大器的首选技术。

GaN HMET工艺分为正面工艺与背面工艺，其中背面工艺主要完成晶圆减薄以及背孔互连的工作。其中，背孔工艺尤为重要，是正面器件与背面金属接地面的互连途径，背孔工艺的好坏，直接决定着产品质量的高低。

目前GaN HEMT背孔加工技术主要由SiC刻蚀、GaN/AlGaN刻蚀等步骤所构成，核心难点在于刻蚀孔的形貌的控制以及刻蚀工艺终点选择。针对刻蚀工艺终点的选择，常用的方法包括终点监测系统以及工艺时间控制。其中，工艺时间控制要求工艺批次间稳定性极高，一旦出现工艺参数的变化，将无法及时做出应对，因此存在较为明显的弊端；而终点监测系统则可实时监测工艺过程，一旦刻蚀到达终点会在实时监控信号上予以反映，有助于工艺过程的控制。

终点监测系统主要有以下两个类别：激光干涉法和特征光谱分析法。激光干涉法光斑内检测精准，不受最小暴露面积的影响，光斑必须在被检测的区域激光照射区域温度会很快升高，造成刻蚀速率的变化，如果被刻蚀表面粗糙不平，还会使检测信号变弱而精度变低。特征光谱分析法为被动探测型检测装置，不影响刻蚀过程，能够探测到细微变化，可以进行非常灵敏的检测，但精度受最小暴露面积的影响，终点监测系统的信号会发生变化，检测光波的强度与刻蚀速率成正比，当刻蚀速率慢时，检测困难。由于背孔直径仅为数十个微米，而一般激光光斑直径均大于100微米，所以GaN HEMT背孔刻蚀工艺，选用特征光谱法更为可行。然而特征光谱法存在以下缺点：背孔暴露面积占比较小，造成终点监测系统信号较弱，难以甄别。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高电子迁移率晶体管背孔刻蚀的终点监控方法，该方法可以很好地解决以上问题。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种高电子迁移率晶体管背孔刻蚀的终点监控方法，在器件正面工艺的布线层交替生长两种金属形成周期性金属层，周期性金属层位于待刻蚀背面通孔的位置上方；该终点监控方法包括以下步骤：

S1、获取实时刻蚀光谱信号，并对光谱信号进行分析；

S2、判断是否出现周期性光谱信号；

S3、如果是，过刻30s后停止刻蚀；

S4、如果否，重复执行步骤S1。

与现有技术相比，本发明具有的优点是：

（1）通过正面布线周期性金属层（亦为背孔刻蚀阻挡层）的周期性叠层设计来提高终点监测系统终点信号的辨识度和灵敏度，提高终点决策的准确性和有效性，特别适合用于暴露面积比例并不算高的碳化硅基氮化镓高电子迁移率晶体管背孔刻蚀，可明显改善背孔刻蚀时的工艺可靠度，具备较高的实用价值；

（2）本方法仅调整布线金属结构，具备良好的可植入性，无需增加额外的工艺步骤。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的流程示意图。

图2-图8为本发明背孔刻蚀的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

本实施例以一种碳化硅基氮化镓高电子迁移率晶体管为例，其背孔刻蚀和终点监控的完整流程如下：

A、在器件正面工艺的布线层交替生长两种金属形成周期性金属层3，周期性金属层3位于待刻蚀背面通孔的位置上方，如图2所示；交替生长的金属为铂和金，或者为镍和金，即构成Pt/Au/Pt/Au/Pt/Au或Ni/Au/Ni/Au/Ni/Au的周期性结构，典型厚度为500/2000/500/2000/500/4500Å，总厚度约为1μm。根据终点监控系统抓取信号的强度，可以对周期性金属层3的周期数进行调整，但至少具有2个周期；对于SiC基GaN HEMT而言，通常都会有一步专门的工艺用于完成器件的金属布线、互连，同时该层金属也是背面工艺中背孔刻蚀的阻挡层，当背孔刻蚀至该层即应停止；

B、通过键合材料将该晶体管反扣键合至蓝宝石载托上，此时正面图形被保护，如图3所示；

C、减薄SiC层1背面，减薄至70~120μm；SiC层1背面溅射起镀层，材料为Ti和Au，其中Ti的厚度为200~500 Å，Au的厚度为1000~2000 Å；随后通过电镀的方式制作Ni，其厚度为5~10μm，如图4所示；

D、背孔图形光刻、显影，如图5所示；

E、采用浓硫酸、双氧水混合溶液腐蚀金属Ni，腐蚀速率0.5~1μm/min；采用Au专用腐蚀液腐蚀Au；采用10% HF溶液腐蚀Ti，如图6所示；

F、去除光刻胶，以Ni为硬掩膜，使用ICP-RIE设备刻蚀SiC层1，刻蚀气体为F基气体，典型选项为SF₆+O₂，速率0.5~1.0μm/min，如图7所示；

G、采用浓硫酸、双氧水混合溶液腐蚀金属Ni以完全去除金属Ni，腐蚀速率0.5~1μm/min；采用Au专用腐蚀液腐蚀Au以完全去除金属Au；采用1%~10% HF溶液腐蚀Ti以完全去除金属Ti；

H、以SiC为掩膜，使用ICP-RIE设备，采用Cl₂和BCl₃刻蚀GaN/AlGaN层2，刻蚀速率0.1~0.2μm/min。当完全刻蚀透该层后，气体会开始蚀刻周期性金属层3；一旦蚀刻至周期性金属层3，通过对周期性金属层3中特定金属元素的光谱进行采集和分析，其光谱信号会呈现出逐渐增强和减弱的交替变化，表现出明显的周期性；判定是否到达刻蚀终点的具体步骤如下：

终点监测系统采集实时刻蚀光谱信号，并对采集到的光谱信号进行分析；

当出现周期性光谱信号时，说明到达刻蚀终点，过刻30s后停止刻蚀；

当没有出现周期性光谱信号时，终点监测系统继续采集实时刻蚀光谱信号并分析。

最后形成如图8所示的器件结构。

上述ICP-RIE设备应配备采用特征光谱分析法的终点监测系统，可探测暴露面积比<5%，且应具备宽谱分析能力，可解析Ni、Pt、Au等元素。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。