一种用于GaNHEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法与流程

本发明涉及GaN HEMT芯片生产制造领域，特别是涉及一种用于GaN HEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法。

背景技术：

GaN HEMT芯片，即氮化镓高电子迁移率场效应管，在设计器件结构时，需要将正面的源电极与背面金属Au通过背面的通孔进行连接，从而降低器件的寄生电容。这种设计，需要在100μm～150μm厚SiC衬底的背面刻蚀30～50μm直径，100～150μm深的圆形通孔至正面的源电极，并在通孔内填充金属Au，将正面源电极与背面的金属连接。

常见的GaN通孔刻蚀技术，采用ICP刻蚀机台，使用Cl2/H2/Ar的混合气体作为刻蚀气体，可以获得0.75μm/min的刻蚀速率，需要的刻蚀时间大约为130～200min。同时，由于GaN通孔的深宽比较高，等离子体刻蚀时，其物理轰击作用要强于其化学反应作用。常见光刻胶作为刻蚀阻挡层的流程，主要是在光刻胶上光刻出通孔图形，使用等离子体刻蚀通孔，最终去除光刻胶。使用Cl2/H2/Ar作为刻蚀气体，光刻胶作为阻挡层的工艺，刻蚀选择比通常在3:1至5:1，GaN通孔刻蚀需要30～60μm厚的光刻胶作为阻挡层，经过130～200min的高强度等离子体刻蚀轰击，光刻胶的有机溶剂会变性碳化，难以去除。同时，长时间的等离子体轰击，会使得SiC衬底持续高温，进而导致正面GaN HEMT芯片性能变差，甚至芯片损毁。

现有技术中，美国专利申请201280027471.0具有连接至源极的背栅的GaN HEMT公开了一种GaN HEMT器件及其制造方法，其提出了在所述高电子迁移率场效应管上形成与所述源极连接并且与所述背栅金属层连接的源极场板，但并未提出或公开具体的通孔的形成方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于：

1、提供一种用于GaN HEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法，以解决传统的刻蚀技术中，刻蚀选择过低、光刻胶厚度过大、光刻胶变性难以去除、芯片性能变差等问题；

2、提供一种用所述方法制造的GaN HEMT芯片，以克服现有技术中芯片性能不稳定、使用寿命较短、成品率较低等问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于GaN HEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)在SiC衬底背面，溅射或者蒸发第一层易腐蚀金属；

(2)在SiC衬底背面进行通孔图形光刻，采用腐蚀液浸泡晶圆，去除通孔中的第一层易腐蚀金属，随后去除晶圆表面的光刻胶；

(3)在第一层易腐蚀金属的正面，电镀第二层易腐蚀金属，将整个金属层加厚；

(4)使用等离子刻蚀通孔，直到刻蚀完SiC衬底，露出正面源电极；

(5)使用腐蚀液将所述第一层易腐蚀金属和第二层易腐蚀金属腐蚀掉。

进一步的，在所述步骤(1)中，所述SiC衬底的厚度为100μm～150μm。

进一步的，在所述步骤(1)中，所述第一层易腐蚀金属的厚度不小于

进一步的，所述易腐蚀金属为钛或镍。

进一步的，当所述易腐蚀金属为钛时，所述腐蚀液为氟化氢溶液；

当所述易腐蚀金属为镍时，所述腐蚀液为硝酸溶液。

进一步的，在所述步骤(2)中，所述通孔的直径为30～50μm。

进一步的，在所述步骤(3)中，所述电镀的第二层易腐蚀金属与SiC衬底的厚度之比为1:15～1:10。

进一步的，所述第一层易腐蚀金属和第二层易腐蚀金属为同一种金属。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用金属作为刻蚀的阻挡层，金属较光刻胶硬度大很多，刻蚀选择比高很多，可以有效地阻挡等离子体的轰击刻蚀，从而稳定的形成深宽比较大的通孔，为GaN HEMT器件结构设计提供更多可能性。

2、本发明采用的金属钛具有良好的热传导性能，可以有效的控制SiC衬底温度，从而确保整个刻蚀工艺的完成，提高了工艺稳定性和成品率，降低了工艺成本。

附图说明

图1是在SiC衬底背面溅射或者蒸发第一层易腐蚀金属后的结构示意图；

图2是在SiC背面去除通孔中的第一层易腐蚀金属后的结构示意图；

图3是在正面电镀第二层易腐蚀金属后的结构示意图；

图4是使用等离子刻蚀通孔后的结构示意图；

图5是使用腐蚀液将金属腐蚀掉后的结构示意图。

图中，1-SiC衬底，2-正面源电极，3-第一层易腐蚀金属，4-第二层易腐蚀金属。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。

本发明提供一种用于GaN HEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在SiC衬底背面，溅射或者蒸发第一层易腐蚀金属，结构如附图1所示。

所述第一层易腐蚀金属为钛、镍中的任一种。只要该金属满足易电沉积，易腐蚀液去除，耐等离子体的轰击能力强，均可以作为阻挡层使用。

蒸发或者溅射工艺的金属致密，均匀性好，但是生长速率太慢，速率为级别，生长厚度仅可达到1μm左右。

所述第一层易腐蚀金属的厚度不小于作为步骤(3)中电镀第二层易腐蚀金属的导电介质。

所述SiC衬底的厚度为100μm～150μm。

(2)在SiC衬底背面进行通孔图形光刻，采用腐蚀液浸泡晶圆，去除通孔中的第一层易腐蚀金属，随后去除晶圆表面的光刻胶，结构如附图2所示。

所述通孔的直径为30～50μm。

所述腐蚀液为本领域的常规腐蚀液。例如，当所述易腐蚀金属为钛时，所述腐蚀液选用1～20mol/L的氟化氢溶液，优选5.5mol/L的氟化氢溶液；当所述易腐蚀金属为镍时，所述腐蚀液选用硝酸溶液。

(3)在第一层易腐蚀金属的正面，电镀第二层易腐蚀金属，将第一层易腐蚀金属加厚，结构如附图3所示。

所述第一层易腐蚀金属和第二层易腐蚀金属为同一种金属。

所述电镀的第二层易腐蚀金属与SiC衬底的厚度之比为1:15～1:10。

电镀工艺速率快，成本低，但是金属致密性差，均匀性差，特别是需要第一层易腐蚀金属作为导电介质。

(4)使用等离子刻蚀通孔，直到刻蚀完SiC衬底，露出正面源电极，结构如附图4所示。

(5)使用腐蚀液将所述第一层易腐蚀金属和第二层易腐蚀金属腐蚀掉，结构如附图5所示。

所述腐蚀液为本领域的常规腐蚀液。例如，当所述易腐蚀金属为钛时，所述腐蚀液选用1～20mol/L的氟化氢溶液，优选5.5mol/L的氟化氢溶液；当所述易腐蚀金属为镍时，所述腐蚀液选用硝酸溶液。

为了便于对本发明的进一步了解，下面提供的实施例对其做了更详细的说明。这些实施例仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。

实施例1：

一种用于GaN HEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在厚度为100μm的SiC衬底背面，溅射第一层易腐蚀金属钛，第一层易腐蚀金属的厚度为

(2)在SiC衬底背面进行通孔图形光刻，通孔的直径为40μm，采用5.5mol/L的氟化氢溶液浸泡晶圆，去除通孔中的第一层易腐蚀金属钛，随后去除晶圆表面的光刻胶。

(3)在第一层易腐蚀金属钛的正面，电镀第二层易腐蚀金属钛，将整个金属层加厚，第二层易腐蚀金属与SiC衬底的厚度之比为1:10。

(4)使用等离子刻蚀通孔，直到刻蚀完SiC衬底，露出正面源电极。

(5)使用5.5mol/L的氟化氢溶液将第一层易腐蚀金属钛和第二层易腐蚀金属钛腐蚀掉。

实施例2：

一种用于GaN HEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在厚度为150μm的SiC衬底背面，蒸发第一层易腐蚀金属钛，第一层易腐蚀金属的厚度为

(2)在SiC衬底背面进行通孔图形光刻，通孔的直径为50μm，采用18mol/L的氟化氢溶液浸泡晶圆，去除通孔中的第一层易腐蚀金属钛，随后去除晶圆表面的光刻胶。

(3)在第一层易腐蚀金属钛的正面，电镀第二层易腐蚀金属钛，将整个金属层加厚，第二层易腐蚀金属与SiC衬底的厚度之比为1:13。

(4)使用等离子刻蚀通孔，直到刻蚀完SiC衬底，露出正面源电极。

(5)使用18mol/L的氟化氢溶液将第一层易腐蚀金属钛和第二层易腐蚀金属钛腐蚀掉。

实施例3：

一种用于GaN HEMT芯片生产中通孔的刻蚀方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在厚度为130μm的SiC衬底背面，溅射第一层易腐蚀金属镍，第一层易腐蚀金属镍的厚度为

(2)在SiC衬底背面进行通孔图形光刻，通孔的直径为30μm，采用5.5mol/L的硝酸溶液泡晶圆，去除通孔中的第一层易腐蚀金属镍，随后去除晶圆表面的光刻胶。

(3)在第一层易腐蚀金属镍的正面，电镀第二层易腐蚀金属镍，将整个金属层加厚，第二层易腐蚀金属与SiC衬底的厚度之比为1:15。

(4)使用等离子刻蚀通孔，直到刻蚀完SiC衬底，露出正面源电极。

(5)使用5.5mol/L的硝酸溶液将第一层易腐蚀金属镍和第二层易腐蚀金属镍腐蚀掉。