專利名稱：控制背孔剖面形狀的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種控制背孔剖面形狀的方法。
背景技術(shù)：
背孔技術(shù)是制備某些半導(dǎo)體器件，尤其是GaN微波器件的關(guān)鍵技術(shù)。背孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)了源端的接地，縮短了器件、電路的接地距離，可以有效降低器件接地端的串聯(lián)電感，從而提高了器件微波狀態(tài)下的功率特性。在實(shí)際的半導(dǎo)體器件制作工藝中，背孔的刻蝕結(jié)束后，濺射起鍍層，然后電鍍金， 實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的源端接地。在背孔技術(shù)中，背孔刻蝕是關(guān)鍵技術(shù)之一。背孔剖面形狀直接影響起鍍層的覆蓋情況，進(jìn)而影響電鍍金屬填充情況?，F(xiàn)有技術(shù)中，背孔刻蝕及后續(xù)工序的步驟如下步驟Sl 圖1為現(xiàn)有技術(shù)在SiC背面濺射金屬薄膜層后的示意圖。如圖1所示， 在減薄的SiC背面(即圖1中與源金屬相對的面)濺射(或蒸發(fā))金屬掩模層(以下以Ni 為例進(jìn)行說明)；步驟S2 在金屬薄膜層上涂覆正性光刻膠(光刻膠9918)約1. 5 μ m,利用光刻機(jī) (Karl Suss MA6)曝光、顯影所需要的光刻膠圖形。圖2為現(xiàn)有技術(shù)光刻顯影后的示意圖。 如圖2所示，背孔部分的金屬薄膜暴露，其余部分的金屬薄膜被光刻膠覆蓋保護(hù)；步驟S3 將曝光后的器件浸入腐蝕液當(dāng)中進(jìn)行濕法刻蝕，上述腐蝕液可以為 H2SO4 H2O2 = 2 1的溶液，刻蝕時間為130秒。圖3為現(xiàn)有技術(shù)濕法刻蝕金屬薄膜層后的示意圖(光刻膠已去除)；步驟S4 以金屬為掩膜，采用等離子刻蝕機(jī)(Corial 200iL)進(jìn)行背孔刻蝕。背孔刻蝕完成后，如果有殘余的金屬薄膜，可以保留并和以后的鍍金層連為一體，也可以一并去除。圖4為現(xiàn)有技術(shù)背孔刻蝕后的示意圖；步驟S5 采用濺射生成起鍍層(Ti/Au厚度約為40/400nm)。圖5為現(xiàn)有技術(shù)濺射起鍍層后的示意圖；步驟S6 背孔金屬采用鍍金技術(shù)進(jìn)行填充，厚度在15μπι左右，背孔內(nèi)電鍍金用于器件源端接地，以減小器件的接地電阻和電感。圖6為現(xiàn)有技術(shù)背孔鍍金后的示意圖?，F(xiàn)有背孔技術(shù)存在一個較大的問題，由于單一金屬薄膜Ni刻蝕方向選擇比太高， 刻蝕過程中側(cè)壁非常陡直。圖7為現(xiàn)有技術(shù)背孔鍍金后的背孔剖面SEM照片，由于側(cè)壁非常陡直，起鍍層發(fā)生斷裂，導(dǎo)致濺射起鍍層金屬時極易出現(xiàn)起鍍層斷裂，導(dǎo)致電鍍金時鍍層斷裂，造成器件接地不良。解決這一問題的關(guān)鍵是需要獲得一個側(cè)壁傾斜的剖面，這樣的剖面可以保證起鍍層金屬能夠全面覆蓋，避免因?yàn)槠疱儗訑嗔讯鴮?dǎo)致的電鍍金屬斷裂，影響器件的接地特性。如果增加刻蝕機(jī)腔體的壓力，以增強(qiáng)各項(xiàng)異性刻蝕來達(dá)到傾斜剖面的目的， 將會導(dǎo)致由于壓力增大，刻蝕速率下降等問題，在深孔刻蝕中，甚至?xí)霈F(xiàn)由于刻蝕反應(yīng)生成不能及時排出，而導(dǎo)致的刻蝕停止?fàn)顟B(tài)。背孔的剖面形狀直接影響起鍍層的覆蓋情況，進(jìn)而影響電鍍金屬填充情況。理想的剖面有利于提高背孔起鍍層的覆蓋能力，進(jìn)而提高背孔金屬填充的成品率。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人意識到現(xiàn)有技術(shù)存在如下問題由于金屬薄膜的刻蝕方向選擇比高，造成背孔側(cè)壁非常陡直，不利于后續(xù)的起鍍層和電鍍金屬的制備。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中背孔側(cè)壁陡直，不利于后續(xù)的起鍍層和電鍍金屬的制備的技術(shù)問題，提供一種背孔剖面形狀控制方法，以獲得合適傾斜角度的背孔剖面。(二)技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種背孔剖面形狀控制方法，該方法包括在底層材料上沉積多層金屬薄膜，多層金屬薄膜中的各層對底層材料具有不同的刻蝕方向選擇比；刻蝕去除底層材料背孔位置沉積的多層金屬薄膜；以底層材料上剩余的多層金屬薄膜為掩膜對底層材料進(jìn)行刻蝕，利用多層金屬薄膜對底層材料的不同刻蝕方向選擇比來實(shí)現(xiàn)對背孔剖面形狀的控制。優(yōu)選地，本技術(shù)方案中，底層材料為碳化硅SiC，多層金屬薄膜為兩層，其中上層為具有高SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜層，下層為具有低SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜層。(三)有益效果本發(fā)明采用多層金屬掩模，利用相同刻蝕條件下不同金屬掩膜對SiC的不同刻蝕方向選擇比來實(shí)現(xiàn)背孔剖面形狀控制，可以獲得了傾斜的刻蝕剖面，便于背孔內(nèi)壁起鍍層金屬的完整覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)了背孔內(nèi)鍍層金的完整填充。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)在SiC背面濺射金屬薄膜層后的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)光刻顯影后的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)濕法刻蝕金屬薄膜層后的示意圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)背孔刻蝕后的示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)濺射起鍍層后的示意圖；圖6為現(xiàn)有技術(shù)背孔鍍金后的示意圖；圖7為現(xiàn)有技術(shù)背孔鍍金后的背孔剖面SEM照片；圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一背孔剖面控制方法的流程圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例二在SiC背面濺射雙層金屬薄膜的示意圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例二光刻顯影后的示意圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例濕法刻蝕雙層金屬薄膜后的示意圖；圖12為本發(fā)明實(shí)施例二 Ni掩膜部分刻蝕后的器件示意圖；圖13為本發(fā)明實(shí)施例二 Ti掩膜部分刻蝕后的器件示意圖；圖14為本發(fā)明實(shí)施例二背孔鍍金后的示意圖；圖15為本發(fā)明實(shí)施例二背孔鍍金后的背孔剖面SEM照片。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)驗(yàn)證明，不同的掩膜材料對襯底材料(底層材料)具有不同的方向刻蝕方向選擇比。本發(fā)明利用上述特性實(shí)現(xiàn)剖面形狀控制，獲得傾斜的刻蝕剖面。圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一背孔剖面控制方法的流程圖。如圖8所示，本實(shí)施例包括如下步驟S802，在底層材料上沉積多層金屬薄膜，多層金屬薄膜中的各層對底層材料具有不同的刻蝕方向選擇比；S804，刻蝕去除底層材料背孔位置沉積的多層金屬薄膜；S806，以底層材料上剩余的多層金屬薄膜為掩膜對底層材料進(jìn)行刻蝕，利用多層金屬薄膜對底層材料的不同刻蝕方向選擇比來實(shí)現(xiàn)對背孔剖面形狀的控制。本實(shí)施例中，底層材料為碳化硅SiC，多層金屬薄膜為兩層，其中上層為具有高 SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜層，下層為具有低SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜層。優(yōu)選地，上層為鈦Ti薄膜Ομπι)或鎢W薄膜O. 5-3 μ m)，下層為鎳Ni薄膜(1 μ m)。此外，為了實(shí)現(xiàn)對背孔剖面形狀的精確控制，也可以設(shè)置多層薄膜為掩膜層，例如，可以設(shè)置Ti/Al/ Ni或者Ti/Al/Ti/Ni掩膜層。在上述情況下，Ti厚度1 μ m、Al厚度1 μ m，Ni厚度1 μ m,根據(jù)剖面的控制需要，各層厚度可以有30%的變化量。本實(shí)施例中，背孔的傾斜角度介于60° -80°之間。優(yōu)選地為65° _75°之間，最好為70°。上述步驟S804中，刻蝕去除底層材料背孔位置沉積的多層金屬薄膜包括在多層金屬薄膜上旋涂光刻膠；通過曝光、顯影步驟，將背孔位置的光刻膠去除，暴露背孔位置沉積的多層金屬薄膜；通過濕法刻蝕，將背孔位置沉積的多層金屬薄膜去除。上述步驟S806中，以多層金屬薄膜為掩膜對底層材料進(jìn)行刻蝕采用等離子刻蝕的方法。并且，在等離子刻蝕過程中可以不改變刻蝕參數(shù)。上述步驟S806之后還包括在具有背孔的底層材料上濺射起鍍層，起鍍層為雙層，下層為Ti層，上層為Au層；在起鍍層上電鍍Au。基于圖8所示的背孔剖面形狀控制方法，以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施例包括以下步驟步驟Si，在減薄的SiC襯底(以厚度約為90 μ m的減薄SiC襯底為例)背面依次濺射Ti/Ni，厚度分別是2 μ m、1 μ m，圖9為本發(fā)明實(shí)施例二在SiC背面濺射雙層金屬薄膜的示意圖；步驟S2，涂覆膠光刻，采用正性光刻膠9918，光刻膠的厚度為1. 5 μ m，利用預(yù)設(shè)圖形在光刻機(jī)(Karl Suss MA6)進(jìn)行曝光、顯影。圖10為本發(fā)明實(shí)施例二光刻顯影后的示意圖。如圖10所示，背孔部分的雙層金屬薄膜暴露，大部分金屬薄膜被光刻膠保護(hù)；步驟S3，采用濕法腐蝕金屬薄膜，具體包括首先采用H2SO4 H2O2 = 2 1的溶液浸泡上述器件130S，腐蝕不被光刻膠保護(hù)的Ni金屬薄膜；而后采用HF H2O=I 10 的溶液浸泡上述器件60S，腐蝕不被光刻膠保護(hù)的Ti金屬薄膜。圖11為本發(fā)明實(shí)施例濕法刻蝕雙層金屬薄膜后的示意圖(已去除殘余的光刻膠)；
步驟S4，去除器件上剩余的光刻膠，采用等離子束刻蝕的方法刻蝕SiC，在高密度等離子刻蝕機(jī)里刻蝕SiC襯底，等離子體刻蝕由于第一層金屬薄膜M對SiC的刻蝕方向選擇比高，M掩膜部分刻蝕比較陡直。圖12為本發(fā)明實(shí)施例二 M掩膜部分刻蝕后的器件示意圖；步驟S5，不改變刻蝕條件繼續(xù)刻蝕，由于第二層掩膜Ti對SiC刻蝕方向選擇比低，刻蝕過程中導(dǎo)致掩膜橫向刻蝕明顯，即背孔的直徑逐漸擴(kuò)大。在垂直方向刻蝕的同時， 出現(xiàn)了橫向的刻蝕，越靠近上面，橫向刻蝕就越嚴(yán)重。背孔口徑尺寸逐漸增大。背孔刻蝕完成后，如果有殘余的Ti金屬薄膜，可以保留并和以后的鍍金層連為一體，也可以一并去除。 圖13為本發(fā)明實(shí)施例二 Ti掩膜部分刻蝕后的器件示意圖；傾斜度表示為α，優(yōu)選地，α = 70° ο步驟S6，濺射起鍍層電鍍。濺射起鍍層(Ti/Au，其厚度約為400/400nm)然后采用自行研制的電鍍設(shè)備電鍍Au(厚度約15 μ m)，由于剖面傾斜，濺射時起鍍層金屬容易覆蓋， 電鍍時保證了側(cè)壁金屬完整，實(shí)現(xiàn)了背孔的金屬填充，保證了器件源端有效接地。圖14為本發(fā)明實(shí)施例二背孔鍍金后的示意圖。圖15為本發(fā)明實(shí)施例二背孔鍍金后的背孔剖面SEM 照片；本實(shí)施例中，背孔的刻蝕過程中既不用增加刻蝕的壓力，也不用改變刻蝕的功率， 利用兩層掩膜的相同刻蝕條件下對SiC的不同刻蝕方向選擇比實(shí)現(xiàn)剖面形狀的控制，從而解決了背孔刻蝕過程中的側(cè)壁過于陡直的問題，在保持刻蝕條件不變的情況下，獲得了傾斜的刻蝕剖面，便于背孔內(nèi)壁起鍍層金屬的完整覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)了背孔內(nèi)鍍層金的完整填充。以上的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，包括在底層材料上沉積多層金屬薄膜，所述多層金屬薄膜中的各層對所述底層材料具有不同的刻蝕方向選擇比；刻蝕去除所述底層材料背孔位置沉積的多層金屬薄膜；以所述底層材料上剩余的多層金屬薄膜為掩膜對所述底層材料進(jìn)行刻蝕，利用所述多層金屬薄膜對所述底層材料的不同刻蝕方向選擇比來實(shí)現(xiàn)對背孔剖面形狀的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述底層材料為碳化硅SiC，所述多層金屬薄膜為兩層，其中上層為具有高SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜層，下層為具有低SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述SiC的厚度為 90 μ m,所述具有高SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜為鈦Ti薄膜，厚度為2 μ m ；所述具有低 SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜為鎳Ni薄膜，厚度為1 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述SiC的厚度為 90 μ m,所述具有高SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜為鎢W薄膜，厚度為2. 5-3 μ m ；所述具有低SiC刻蝕方向選擇比的金屬薄膜為鎳Ni薄膜，厚度為1 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述背孔的傾斜角度介于60°至80°之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述刻蝕去除底層材料背孔位置沉積的多層金屬薄膜包括在所述多層金屬薄膜上旋涂光刻膠；通過曝光、顯影步驟，將背孔位置的光刻膠去除，暴露所述背孔位置沉積的多層金屬薄膜；通過濕法刻蝕，將所述背孔位置沉積的多層金屬薄膜去除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述以底層材料上剩余的多層金屬薄膜為掩膜對底層材料進(jìn)行刻蝕，采用等離子刻蝕方式實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述在底層材料上獲得具有傾斜側(cè)壁的背孔的步驟之后還包括在具有背孔的所述底層材料上濺射起鍍層，所述起鍍層為雙層，下層為Ti層，上層為金Au層；在所述起鍍層上電鍍Au。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制背孔剖面形狀的方法。該方法包括在底層材料上沉積多層金屬薄膜，多層金屬薄膜中的各層對底層材料具有不同的刻蝕方向選擇比；刻蝕去除底層材料背孔位置沉積的多層金屬薄膜；以底層材料上剩余的多層金屬薄膜為掩膜對底層材料進(jìn)行刻蝕，利用多層金屬薄膜對底層材料的不同刻蝕方向選擇比來實(shí)現(xiàn)對背孔剖面形狀的控制。利用本發(fā)明公開的方法，可以獲得了傾斜的刻蝕剖面，便于背孔內(nèi)壁起鍍層金屬的完整覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)了背孔內(nèi)鍍層金的完整填充。
文檔編號H01L21/02GK102456611SQ20101052027
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者劉新宇, 劉果果, 羅衛(wèi)軍, 魏珂, 黃 俊 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所