[发明专利]控制背孔剖面形状的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种控制背孔剖面形状的方法。

背景技术

背孔技术是制备某些半导体器件，尤其是GaN微波器件的关键技术。背孔技术实现了源端的接地，缩短了器件、电路的接地距离，可以有效降低器件接地端的串联电感，从而提高了器件微波状态下的功率特性。

在实际的半导体器件制作工艺中，背孔的刻蚀结束后，溅射起镀层，然后电镀金，实现半导体器件的源端接地。在背孔技术中，背孔刻蚀是关键技术之一。背孔剖面形状直接影响起镀层的覆盖情况，进而影响电镀金属填充情况。现有技术中，背孔刻蚀及后续工序的步骤如下：

步骤S1：图1为现有技术在SiC背面溅射金属薄膜层后的示意图。如图1所示，在减薄的SiC背面(即图1中与源金属相对的面)溅射(或蒸发)金属掩模层(以下以Ni为例进行说明)；

步骤S2：在金属薄膜层上涂覆正性光刻胶(光刻胶9918)约1.5μm，利用光刻机(Karl Suss MA6)曝光、显影所需要的光刻胶图形。图2为现有技术光刻显影后的示意图。如图2所示，背孔部分的金属薄膜暴露，其余部分的金属薄膜被光刻胶覆盖保护；

步骤S3：将曝光后的器件浸入腐蚀液当中进行湿法刻蚀，上述腐蚀液可以为H₂SO₄∶H₂O₂＝2∶1的溶液，刻蚀时间为130秒。图3为现有技术湿法刻蚀金属薄膜层后的示意图(光刻胶已去除)；

步骤S4：以金属为掩膜，采用等离子刻蚀机(Corial 200iL)进行背孔刻蚀。背孔刻蚀完成后，如果有残余的金属薄膜，可以保留并和以后的镀金层连为一体，也可以一并去除。图4为现有技术背孔刻蚀后的示意图；

步骤S5：采用溅射生成起镀层(Ti/Au厚度约为40/400nm)。图5为现有技术溅射起镀层后的示意图；

步骤S6：背孔金属采用镀金技术进行填充，厚度在15μm左右，背孔内电镀金用于器件源端接地，以减小器件的接地电阻和电感。图6为现有技术背孔镀金后的示意图。

现有背孔技术存在一个较大的问题，由于单一金属薄膜Ni刻蚀方向选择比太高，刻蚀过程中侧壁非常陡直。图7为现有技术背孔镀金后的背孔剖面SEM照片，由于侧壁非常陡直，起镀层发生断裂，导致溅射起镀层金属时极易出现起镀层断裂，导致电镀金时镀层断裂，造成器件接地不良。解决这一问题的关键是需要获得一个侧壁倾斜的剖面，这样的剖面可以保证起镀层金属能够全面覆盖，避免因为起镀层断裂而导致的电镀金属断裂，影响器件的接地特性。如果增加刻蚀机腔体的压力，以增强各项异性刻蚀来达到倾斜剖面的目的，将会导致由于压力增大，刻蚀速率下降等问题，在深孔刻蚀中，甚至会出现由于刻蚀反应生成不能及时排出，而导致的刻蚀停止状态。背孔的剖面形状直接影响起镀层的覆盖情况，进而影响电镀金属填充情况。理想的剖面有利于提高背孔起镀层的覆盖能力，进而提高背孔金属填充的成品率。

在实现本发明的过程中，发明人意识到现有技术存在如下问题：由于金属薄膜的刻蚀方向选择比高，造成背孔侧壁非常陡直，不利于后续的起镀层和电镀金属的制备。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是解决现有技术中背孔侧壁陡直，不利于后续的起镀层和电镀金属的制备的技术问题，提供一种背孔剖面形状控制方法，以获得合适倾斜角度的背孔剖面。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种背孔剖面形状控制方法，该方法包括：在底层材料上沉积金属薄膜；刻蚀去除底层材料上背孔位置沉积的金属薄膜；以底层材料上剩余的金属薄膜为掩膜对底层材料进行等离子刻蚀，通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对背孔剖面形状的控制。

优选地，本技术方案中，底层材料为碳化硅SiC，制冷介质为氦，通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量来实现对背孔剖面形状的控制中，氦的流量从大于等于100sccm降至小于等于10sccm，呈近似线性变化。

(三)有益效果

本发明通过逐步降低等离子刻蚀过程中制冷介质的流量，进而升高被刻蚀器件的温度，来缓慢降低底层材料的刻蚀方向选择比，最终获得倾斜的背孔剖面。该倾斜的背孔剖面，便于背孔内壁起镀层金属的完整覆盖，从而实现了背孔内镀层金的完整填充。

附图说明

图1为现有技术在SiC背面溅射金属薄膜层后的示意图；

图2为现有技术光刻显影后的示意图；