專利名稱：控制背孔剖面形狀的方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種控制背孔剖面形狀的方法。
背景技術：
背孔技術是制備某些半導體器件，尤其是GaN微波器件的關鍵技術。背孔技術實現了源端的接地，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電感，從而提高了器件微波狀態下的功率特性。在實際的半導體器件制作工藝中，背孔的刻蝕結束后，濺射起鍍層，然后電鍍金， 實現半導體器件的源端接地。在背孔技術中，背孔刻蝕是關鍵技術之一。背孔剖面形狀直接影響起鍍層的覆蓋情況，進而影響電鍍金屬填充情況。現有技術中，背孔刻蝕及后續工序的步驟如下步驟Sl 圖1為現有技術在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)金屬掩模層(以下以Ni 為例進行說明)；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 (Karl Suss MA6)曝光、顯影所需要的光刻膠圖形。圖2為現有技術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；步驟S3 將曝光后的器件浸入腐蝕液當中進行濕法刻蝕，上述腐蝕液可以為 H2SO4 H2O2 = 2 1的溶液，刻蝕時間為130秒。圖3為現有技術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(Corial 200iL)進行背孔刻蝕。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為現有技術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為現有技術濺射起鍍層后的示意圖；步驟S6 背孔金屬采用鍍金技術進行填充，厚度在15μπι左右，背孔內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為現有技術背孔鍍金后的示意圖。現有背孔技術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， 刻蝕過程中側壁非常陡直。圖7為現有技術背孔鍍金后的背孔剖面SEM照片，由于側壁非常陡直，起鍍層發生斷裂，導致濺射起鍍層金屬時極易出現起鍍層斷裂，導致電鍍金時鍍層斷裂，造成器件接地不良。解決這一問題的關鍵是需要獲得一個側壁傾斜的剖面，這樣的剖面可以保證起鍍層金屬能夠全面覆蓋，避免因為起鍍層斷裂而導致的電鍍金屬斷裂，影響器件的接地特性。如果增加刻蝕機腔體的壓力，以增強各項異性刻蝕來達到傾斜剖面的目的， 將會導致由于壓力增大，刻蝕速率下降等問題，在深孔刻蝕中，甚至會出現由于刻蝕反應生成不能及時排出，而導致的刻蝕停止狀態。背孔的剖面形狀直接影響起鍍層的覆蓋情況，進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，進而提高背孔金屬填充的成品率。在實現本發明的過程中，發明人意識到現有技術存在如下問題由于金屬薄膜的刻蝕方向選擇比高，造成背孔側壁非常陡直，不利于后續的起鍍層和電鍍金屬的制備。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明的目的是解決現有技術中背孔側壁陡直，不利于后續的起鍍層和電鍍金屬的制備的技術問題，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)技術方案為實現上述目的，本發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金屬薄膜；刻蝕去除底層材料上背孔位置沉積的金屬薄膜；以底層材料上剩余的金屬薄膜為掩膜對底層材料進行等離子刻蝕，通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量來實現對背孔剖面形狀的控制。優選地，本技術方案中，底層材料為碳化硅SiC，制冷介質為氦，通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量來實現對背孔剖面形狀的控制中，氦的流量從大于等于 IOOsccm降至小于等于lOsccm，呈近似線性變化。(三)有益效果本發明通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量，進而升高被刻蝕器件的溫度，來緩慢降低底層材料的刻蝕方向選擇比，最終獲得傾斜的背孔剖面。該傾斜的背孔剖面，便于背孔內壁起鍍層金屬的完整覆蓋，從而實現了背孔內鍍層金的完整填充。
圖1為現有技術在SiC背面濺射金屬薄膜層后的示意圖；圖2為現有技術光刻顯影后的示意圖；圖3為現有技術濕法刻蝕金屬薄膜層后的示意圖；圖4為現有技術背孔刻蝕后的示意圖；圖5為現有技術濺射起鍍層后的示意圖；圖6為現有技術背孔鍍金后的示意圖；圖7為現有技術背孔鍍金后的背孔剖面SEM照片；圖8為根據本發明實施例一背孔剖面控制方法的流程圖；圖9為本發明實施例二控制背孔剖面形狀方法等離子刻蝕步驟第一階段的背孔剖面示意圖；圖10為本發明實施例二控制背孔剖面形狀方法等離子刻蝕步驟第二階段的背孔剖面示意圖；圖11為本發明實施例二控制背孔剖面形狀方法背孔鍍金后的示意圖；圖12為本發明實施例二背孔鍍金后的背孔剖面SEM照片；圖13為本發明實施例二背孔鍍金后的背孔剖面光學顯微鏡照片。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。實驗證明，在等離子體刻蝕過程中，被刻蝕器件的溫度對刻蝕方向選擇比具有相當的影響。本發明通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量，進而升高被刻蝕器件的溫度，來緩慢降低底層材料的刻蝕方向選擇比，最終獲得傾斜的刻蝕剖面。圖8為根據本發明實施例一背孔剖面形狀控制方法的流程圖。如圖8所示，本實施例包括步驟S802，在底層材料上沉積金屬薄膜；步驟S804，刻蝕去除底層材料上背孔位置沉積的金屬薄膜；步驟S806，以底層材料上剩余的金屬薄膜為掩膜對底層材料進行等離子刻蝕，通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量來實現對背孔剖面形狀的控制。本實施例中，底層材料為碳化硅SiC，制冷介質為氣態氦。逐步降低制冷介質的流量中，氦的流量從大于等于lOOsccm(流量單位標準毫升每分鐘)降至小于等于lOsccm， 呈近似線性變化。優選地，氦的流量從lOOsccm降至Osccm。為簡化對等離子刻蝕設備的控制，除制冷介質流量外，其他刻蝕參數不變。本實施例中，金屬薄膜為鎳Ni薄膜，SiC的厚度為90 μ m, Ni薄膜的厚度為3 μ m， 等離子刻蝕過程持續約2-5小時。此外，金屬薄膜還可以為鎢W薄膜或Ti薄膜，此種情況下，需要根據相應刻蝕速率來確定金屬薄膜的厚度和刻蝕時間。本實施例中，背孔的傾斜角度介于60° -80°之間。優選地，為65° -75°之間，最好為70°。本實施例中，刻蝕去除底層材料上背孔位置沉積的金屬薄膜包括在金屬薄膜上旋涂光刻膠；通過曝光、顯影步驟，將背孔位置旋涂的光刻膠去除，暴露背孔位置沉積的金屬薄膜；通過濕法刻蝕，將背孔位置沉積的金屬薄膜去除。本實施例中，在底層材料上獲得背孔的步驟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，以下結合具體的實施例對本發明進一步詳細說明。其中，本實施例背孔剖面形狀控制方法的前三個步驟與背景技術中介紹的背孔刻蝕的前三個步驟相同，此處不再重復描述。其區別在于第四個步驟-等離子體刻蝕步驟。刻蝕氣體為六氟化硫(SF6)，流量65SCCM同時添加氧氣(02)，流量3SCCM背孔刻蝕時間265分鐘。刻蝕功率低頻功率Lf = 750W，射頻功率源RF = 120W.在等離子體刻蝕步驟中，由于等離子體的物理轟擊，被刻蝕器件的表面產生熱量， 掩膜表面溫度升高，通常都采用被刻蝕器件背面冷卻的方法，來保證刻蝕的穩定性和掩膜對被刻蝕器件襯底材料的刻蝕方向選擇比。本實施例的等離子體刻蝕步驟中，緩慢調整背孔用于冷卻的氦的流量，該流量是一個緩慢減小的，被刻蝕器件背面用于冷卻的氦流量減小，金屬掩膜對SiC材料的刻蝕方向選擇比緩慢變化。該步驟主要分為兩個階段第一個階段剛開始刻蝕時，背面冷卻的氦流量為lOOsccm，金屬掩膜(以Ti掩膜為例)的表面溫度較低，刻蝕方向選擇比較高。圖9為本發明實施例二控制背孔剖面形狀
5方法等離子刻蝕步驟第一階段的背孔剖面示意圖。如圖9所示，背孔剖面是垂直的，并非理想的背孔剖面。第二個階段繼續刻蝕，逐漸減小氦氣流量，直至氦流量為Osccm。由于背面冷卻的氦流量減小，金屬掩膜的橫向刻蝕速率加快。圖10為本發明實施例二控制背孔剖面形狀方法等離子刻蝕步驟第二階段的背孔剖面示意圖。如圖10所示，背孔剖面有了一定的傾斜角度，有利于后續的器件制備。需要注意的是，當SiC刻蝕完成后，可能在上邊還有一部分殘余的Ti掩膜。在這種情況下，可以直接去除殘余的Ti掩膜；也可以不去除殘余的Ti掩膜， 而將其與后續的電鍍金合為一體。在等離子刻蝕步驟結束后，濺射起鍍層，電鍍。圖11為本發明實施例二控制背孔剖面形狀方法背孔鍍金后的示意圖。圖12為本發明實施例二背孔鍍金后的背孔剖面SEM照片；圖13為本發明實施例二背孔鍍金后的背孔剖面光學顯微鏡照片。如圖11、圖12、圖13 所示，由于剖面傾斜，濺射的起鍍層金屬(例如Ti/Au起鍍層)容易覆蓋整個背孔的內壁， 電鍍時易于金屬(例如Au)的填充，由于起鍍層金屬能夠有效覆蓋，電鍍的填充沒有裂縫、 保證了器件源端有效接地。由于采用該技術使得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，利用單層掩膜的相同刻蝕條件下隨著冷卻流量變化導致對SiC的不同刻蝕方向選擇比實現剖面的傾斜控制，獲得了比較理想的剖面，便于以后道背孔的金屬填充，成本低， 實現簡單，易于操作。以上的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，包括 在底層材料上沉積金屬薄膜；刻蝕去除所述底層材料上背孔位置沉積的金屬薄膜；以所述底層材料上剩余的金屬薄膜為掩膜對所述底層材料進行等離子刻蝕，通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量來實現對所述背孔剖面形狀的控制。
2.根據權利要求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，所述制冷介質為氦。
3.根據權利要求2所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量來實現對背孔剖面形狀的控制中，所述氦的流量從大于等于lOOsccm降至小于等于lOsccm，呈近似線性變化。
4.根據權利要求3所述的控制背孔剖面形狀的方法，其特征在于，所述氦的流量從 IOOsccm 降至 Osccm0
5.根據權利要求4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，所述金屬薄膜為鎳Ni薄膜，所述Ni薄膜的厚度為3 μ m。
6.根據權利要求1至5中任一項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。
7.根據權利要求1至5中任一項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上背孔位置沉積的金屬薄膜包括在所述金屬薄膜上旋涂光刻膠；通過曝光、顯影步驟，將背孔位置旋涂的光刻膠去除，暴露所述背孔位置沉積的金屬薄膜；通過濕法刻蝕，將所述背孔位置沉積的金屬薄膜去除。
8.根據權利要求1至5中任一項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金屬薄膜為掩膜對底層材料進行等離子刻蝕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 Au層；在所述起鍍層上電鍍Au。
全文摘要
本發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金屬薄膜；刻蝕去除底層材料上背孔位置沉積的金屬薄膜；以底層材料上剩余的金屬薄膜為掩膜對底層材料進行等離子刻蝕，通過逐步降低等離子刻蝕過程中制冷介質的流量來實現對背孔剖面形狀的控制。利用本發明公開的方法，可以獲得傾斜的背孔剖面，便于背孔內壁起鍍層金屬的完整覆蓋，從而實現了背孔內鍍層金的完整填充。
文檔編號H01L21/02GK102456610SQ20101052027
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者劉新宇, 劉果果, 魏珂, 黃 俊 申請人:中國科學院微電子研究所