專利名稱：改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，III-V族化合物憑借其諸多方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)替代硅而成為新的寵兒。氮化鎵(GaN)作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，以其禁帶寬度大(3.4eV)、擊穿電壓高(3. 3MV/cm)、二維電子氣濃度高(> IO13Cm2)、飽和電子速度大O. 8X 107cm/s)等特性在國(guó)際上受到廣泛關(guān)注。目前，AlGaN/GaN HEMT器件的高頻、高壓、高溫以及大功率特性使之在微波功率器件方面有著巨大的前景。雖然鋁鎵氮/氮化鎵(AWaN/GaN)HEMT功率器件(高電子遷移率晶體管)的性能近年來得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展，尤其在高頻大功率方面，但是仍有很多問題沒有解決，大功率器件的散熱和接地問題一直困擾著AWaN/GaN HEMT實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。背金技術(shù)是目前AlGaN/GaN HEMT常用的一種散熱方法，但是由于作為襯底材料的碳化硅和藍(lán)寶石加工困難，特別是襯底在減薄后，厚度的均勻性，表面粗糙度(Ra)的低下對(duì)后道的ICP工藝和電鍍工藝影響很大，同時(shí)，由于表面張力帶來的微小形變會(huì)使外延層結(jié)構(gòu)發(fā)生尺寸形變，由張力帶來的損傷需要進(jìn)行緩慢釋放，電路的性能才不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重退化，所以提高襯底減薄后的表面效果，降低尺寸形變對(duì)于是提高背金散熱工藝可靠性有著重大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，該方法包括步驟1 在襯底正面的外延層上制作電路；步驟2 在該電路上涂敷光刻膠膜以保護(hù)該電路結(jié)構(gòu)；步驟3 對(duì)襯底背面進(jìn)行減?。徊襟E4 采用熔點(diǎn)不同的有機(jī)粘附劑將襯底、石英薄片和陶瓷基板依次黏合，形成
五層疊層結(jié)構(gòu)；步驟5 采用CMP對(duì)襯底背面進(jìn)行拋光；步驟6 分離該五層疊層結(jié)構(gòu)得到背面拋光的襯底，然后采用磁控濺射在襯底背面制作Ti/Ni合金掩膜層；步驟7 對(duì)Ti/Ni合金掩膜層進(jìn)行光刻，得到Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形；
步驟8 采用ICP工藝將襯底和襯底正面生長(zhǎng)的外延層完全刻蝕干凈，剩下Ti/Ni 合金掩膜層的刻蝕圖形；步驟9 在Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形上光刻電鍍圖形，磁控濺射Ti/W/Au起鍍層；步驟10 在該Ti/W/Au起鍍層金屬上光刻電鍍用圖形；步驟11 電鍍Au，然后超聲剝離出背面金屬結(jié)構(gòu)；步驟12 清洗，劃片，封裝，得到單個(gè)的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管電路。上述方案中，步驟3中所述對(duì)襯底背面進(jìn)行減薄，是采用碳化硼 4C)進(jìn)行的，減薄完畢時(shí)襯底最終厚度< 90μπι，表面粗糙度Ra<500A。上述方案中，步驟4中所述襯底與石英薄片黏合，是將襯底正面與石英薄片黏合。上述方案中，步驟5中所述采用CMP對(duì)襯底背面進(jìn)行拋光，CMP主要成分的質(zhì)量比例為納米金剛石和剛玉混合物(1.2% 10% )，分散劑(0. 13 % 4.8% )，改性劑 (1.5% 5%)，卩!1調(diào)節(jié)劑(0. 0.6%)，潤(rùn)滑劑(0. 02% 0. 1%)，去離子水(85% 98%),使用聚氨基甲酸乙酯樹脂作為拋光盤，拋光完畢后襯底厚度< 60 μ m,表面粗糙度 Ra<10Ao上述方案中，步驟6中所述Ti/Ni合金掩膜層中，合金摩爾比例Ti Ni = I 4， Ti/Ni合金層的厚度2 μ m。上述方案中，步驟8中所述采用ICP工藝將襯底和襯底正面生長(zhǎng)的外延層完全刻蝕干凈，蝕總深度為60 μ m 65 μ m。上述方案中，步驟9中所述Ti/W/Au起鍍層中，Ti金屬層的厚度為100 A 150入，
W金屬層的厚度為350 A 550人，Au金屬層的厚度為500A 1000A。上述方案中，步驟11中所述電鍍Au的厚度為3 μ m。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的這種改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，引入了五層疊層式平整固定方法，大大改善了對(duì)襯底減薄厚度均勻性的控制，CMP工藝的引入降低了襯底表面粗糙度，使得金屬掩膜的粘附性和形貌大大改善，提高了 ICP刻蝕的效果，使背金電鍍的可靠性有顯著的提高。同時(shí)高水平的表面處理也大大降低了襯底的尺寸形變，使得減薄過程中累計(jì)的應(yīng)力得以釋放，降低了電鍍后的劃片工藝中帶來的損傷，封裝之后整體電路性能失真大大減小，后道工藝的整體可靠性大幅改善。


圖1是本發(fā)明提供的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法流程圖；圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例采用熔點(diǎn)不同的有機(jī)粘附劑將襯底、石英薄片和陶瓷基板依次黏合形成五層疊層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例分離該五層疊層結(jié)構(gòu)得到背面拋光襯底的示意圖；圖4是依照本發(fā)明實(shí)施例采用磁控濺射在襯底背面制作Ti/M合金掩膜層的示意圖；圖5是依照本發(fā)明實(shí)施例對(duì)Ti/Ni合金掩膜層進(jìn)行光刻的示意圖6是依照本發(fā)明實(shí)施例得到Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形的示意圖；圖7是依照本發(fā)明實(shí)施例采用ICP工藝將襯底和襯底正面生長(zhǎng)的外延層完全刻蝕干凈，剩下Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形的示意圖；圖8是依照本發(fā)明實(shí)施例在Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形上光刻電鍍圖形，磁控濺射Ti/W/Au起鍍層的示意圖；圖9是依照本發(fā)明實(shí)施例超聲剝離出背面金屬結(jié)構(gòu)的示意圖。
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(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明是基于氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的后道工藝的一種制作方法。該場(chǎng)效應(yīng)管包括正面管芯、襯底和背金結(jié)構(gòu)，所述的襯底包括碳化硅襯底或藍(lán)寶石襯底，所述的背金結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底底面。本發(fā)明采用改進(jìn)的減薄研磨工藝降低襯底的厚度。采用納米拋光液對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。采用濺射鈦/鎳(Ti/Ni)合金的方法制作掩膜，使用ICP 進(jìn)行深背孔刻蝕。改進(jìn)的減薄工藝制備出了厚度超薄，拋光面形貌優(yōu)良的襯底，配合ICP刻蝕工藝，制作出側(cè)壁光滑的深孔結(jié)構(gòu)。采用濺射鈦/鎢/金(Ti/W/Au)復(fù)合層金屬的方法形成背金起鍍層，電鍍黃金形成背面金屬散熱結(jié)構(gòu)，大大改善了電路的散熱問題。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法流程圖， 該方法包括以下步驟步驟1 在襯底正面的外延層上制作電路；步驟2 在該電路上涂敷光刻膠膜以保護(hù)該電路結(jié)構(gòu)；步驟3:使用碳化硼 4C)對(duì)襯底背面進(jìn)行減薄，減薄完畢時(shí)襯底最終厚度 < 90 μ m，表面粗糙度Ra<500 A；步驟4 采用熔點(diǎn)不同的有機(jī)粘附劑將襯底、石英薄片和陶瓷基板依次黏合，形成五層疊層結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，其中襯底與石英薄片黏合時(shí)是將襯底正面與石英薄片黏合；步驟5 采用CMP對(duì)襯底背面進(jìn)行拋光，CMP主要成分的質(zhì)量比例為納米金剛石和剛玉(Al2O3)混合物(1. 2 % 10 % )，分散劑(0. 13 % 4. 8 % )，改性劑(1. 5 % 5 % )， PH調(diào)節(jié)劑(0. 1% 0.6%)，潤(rùn)滑劑(0. 02% 0. )，DI水(85% 98% )，使用聚氨基甲酸乙酯樹脂作為拋光盤，拋光完畢后襯底厚度<60 μ m，表面粗糙度RaClO A;步驟6 分離該五層疊層結(jié)構(gòu)得到背面拋光的襯底(圖3)，然后采用磁控濺射在襯底背面制作Ti/Ni合金掩膜層(圖4)，該Ti/Ni合金掩膜層合金摩爾比例Ti Ni = I 4， Ti/Ni合金層的厚度2μπι;步驟7 對(duì)Ti/Ni合金掩膜層進(jìn)行光刻(圖幻，得到Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形 (圖 6)；步驟8 采用ICP工藝將襯底和襯底正面生長(zhǎng)的外延層完全刻蝕干凈，剩下Ti/Ni 合金掩膜層的刻蝕圖形(圖7)，刻蝕總深度60 μ m 65 μ m ；步驟9 在Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形上光刻電鍍圖形，磁控濺射Ti/W/Au起鍍層(圖8)，其中Ti金屬層的厚度為100 A 150A，W金屬層的厚度為350 A 550A，Au 金屬層的厚度為500 A 1000人；
步驟10 在該Ti/W/Au起鍍層金屬上光刻電鍍用圖形；步驟11 :電鍍Au，厚度3μπι，然后超聲剝離出背面金屬結(jié)構(gòu)(如圖9所示)；步驟12 清洗，劃片，封裝，得到單個(gè)的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管電路。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)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，以上所述僅為本發(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
1.一種改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，該方法包括 步驟1 在襯底正面的外延層上制作電路；步驟2 在該電路上涂敷光刻膠膜以保護(hù)該電路結(jié)構(gòu)； 步驟3 對(duì)襯底背面進(jìn)行減??；步驟4:采用熔點(diǎn)不同的有機(jī)粘附劑將襯底、石英薄片和陶瓷基板依次黏合，形成五層疊層結(jié)構(gòu)；步驟5 采用CMP對(duì)襯底背面進(jìn)行拋光；步驟6:分離該五層疊層結(jié)構(gòu)得到背面拋光的襯底，然后采用磁控濺射在襯底背面制作Ti/Ni合金掩膜層；步驟7 對(duì)Ti/Ni合金掩膜層進(jìn)行光刻，得到Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形； 步驟8 采用ICP工藝將襯底和襯底正面生長(zhǎng)的外延層完全刻蝕干凈，剩下Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形；步驟9 在Ti/Ni合金掩膜層的刻蝕圖形上光刻電鍍圖形，磁控濺射Ti/W/Au起鍍層； 步驟10 在該Ti/W/Au起鍍層金屬上光刻電鍍用圖形； 步驟11 電鍍Au，然后超聲剝離出背面金屬結(jié)構(gòu)； 步驟12 清洗，劃片，封裝，得到單個(gè)的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，步驟3中所述對(duì)襯底背面進(jìn)行減薄，是采用碳化硼 4C)進(jìn)行的，減薄完畢時(shí)襯底最終厚度 < 90 μ m，表面粗糙度Ra<500A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，步驟4 中所述襯底與石英薄片黏合，是將襯底正面與石英薄片黏合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，步驟5 中所述采用CMP對(duì)襯底背面進(jìn)行拋光，CMP主要成分的質(zhì)量比例為納米金剛石和剛玉混合物(1. 2% 10% )，分散劑(0. 13% 4.8%)，改性劑(1. 5% 5% )，PH調(diào)節(jié)劑(0.0. 6% )，潤(rùn)滑劑(0. 02% 0. )，去離子水(85% 98% )，使用聚氨基甲酸乙酯樹脂作為拋光盤，拋光完畢后襯底厚度<60 μ m，表面粗糙度Ra<10A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，步驟6 中所述Ti/Ni合金掩膜層中，合金摩爾比例Ti Ni = 1 4，Ti/Ni合金層的厚度2 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，步驟8 中所述采用ICP工藝將襯底和襯底正面生長(zhǎng)的外延層完全刻蝕干凈，蝕總深度為60 μ m 65 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，步驟9中所述Ti/W/Au起鍍層中，Ti金屬層的厚度為100 A 150A，w金屬層的厚度為 350 A 550入，Au金屬層的厚度為500 A ΙΟΟΟΑ。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，其特征在于，步驟 11中所述電鍍Au的厚度為3 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管后道工藝的方法，采用改進(jìn)的減薄研磨工藝降低襯底的厚度，采用納米拋光液對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，采用濺射鈦/鎳(Ti/Ni)合金的方法制作掩膜，使用ICP進(jìn)行深背孔刻蝕。利用本發(fā)明，改進(jìn)的減薄工藝制備出了厚度超薄，拋光面形貌優(yōu)良的襯底，配合ICP刻蝕工藝，制作出側(cè)壁光滑的深孔結(jié)構(gòu)。采用濺射鈦/鎢/金(Ti/W/Au)復(fù)合層金屬的方法形成背金起鍍層，電鍍黃金形成背面金屬散熱結(jié)構(gòu)，大大改善了電路的散熱問題。
文檔編號(hào)H01L21/304GK102339751SQ201010235058
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者劉新宇, 龐磊, 汪寧, 羅衛(wèi)軍, 陳曉娟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所