專利名稱：場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管制作技術(shù)，特別涉及氮化鎵基微波功率場(chǎng)效應(yīng)器件襯底
減薄的方法。
背景技術(shù)：
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(> 10"cm"、飽和電子速度大(2.8X10Ws)等特性，
在國(guó)際上受到廣泛關(guān)注。目前，AlGaN/GaN HEMT(氮化鎵基高電子遷移率晶體管)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。 在半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)中，背面減薄工藝對(duì)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能以及
后續(xù)的背面工藝穩(wěn)定性都具有重要影響，特別是對(duì)氮化鎵基功率場(chǎng)效應(yīng)管的散熱具有重要
影響。目前，高性能的氮化鎵基功率場(chǎng)效應(yīng)管一般采用碳化硅(SiC)或藍(lán)寶石(A1203)襯
底，這些材料具有優(yōu)良的理化指標(biāo)和符合要求的微波電性能參數(shù)。他們的硬度指標(biāo)都非常
高，特別是碳化硅襯底硬度高，減薄難度大。而功率場(chǎng)效應(yīng)管襯底減薄質(zhì)量將直接影響背面
工藝的穩(wěn)定性和功率器件的散熱。 現(xiàn)有技術(shù)對(duì)這類襯底材料的常規(guī)減薄工藝方法為機(jī)械物理磨片方法，通常的工藝 步驟為 步驟1、制作AlGaN/GaN HEMT管芯，完成器件； 步驟2、勻膠保護(hù)正面管芯，將正面倒扣在襯托上粘片。 步驟3、采用物理機(jī)械拋光方法，分別采用直徑為40微米的粗磨料、10微米中等粗 細(xì)的磨料和3. 5微米細(xì)磨料切削減??；
步驟4、去蠟，將晶圓從襯托上取下； 步驟5、采用背金技術(shù)，形成AlGaN/GaN HEMT管芯的背金結(jié)構(gòu)；
現(xiàn)有技術(shù)工藝步驟中采用物理機(jī)械磨片的方法，為了達(dá)到減薄的目的，需要對(duì)晶 圓施加很大的機(jī)械壓力，在大的機(jī)械壓力情況下，容易導(dǎo)致襯底晶圓出現(xiàn)裂紋，使2英寸晶 圓裂開或碎裂。另一方面，物理機(jī)械磨片對(duì)設(shè)備要求非常高，要求磨盤和磨頭的平整度好， 精度高。通常采用物理機(jī)械磨片將使2英寸晶圓出現(xiàn)10 20 y m左右的厚度差，導(dǎo)致襯底 的厚度不一致，背面光亮度和光潔度的一致性很差。磨料中含有很多粉塵，對(duì)于光亮度差、 粗糙度高的區(qū)域容易吸附大量磨料中的小塵埃，這些附著在襯底的小塵埃很難清洗，從而 降低襯底與背金金屬的粘附性，導(dǎo)致背金金屬的穩(wěn)定性和可靠性下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法中襯底
減薄技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，改進(jìn)其襯底減薄技術(shù)，以適應(yīng)高硬度襯 底材料的減薄，提高襯底加工工藝質(zhì)量，改進(jìn)襯底質(zhì)量，提高器件整體性能。 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，包括以下步驟 步驟A、制作管芯完成器件； 步驟B、涂覆保護(hù)層保護(hù)晶圓正面和管芯，將晶圓正面倒扣粘貼在襯托上； 步驟C、將扣上晶圓的襯托放入等離子體刻蝕機(jī)腔體內(nèi)，利用等離子體對(duì)襯底進(jìn)行
刻蝕減薄； 步驟D、將晶圓從襯托上取下； 步驟E、采用背金技術(shù)，襯底上形成管芯的背金結(jié)構(gòu)；
具體的步驟B所述保護(hù)層為正性光刻膠；
具體的所述正性光刻膠厚度約4 ii m ; 進(jìn)一步的涂覆保護(hù)層后在IO(TC左右熱板上烘烤約5分鐘；
具體的步驟B中將晶圓粘貼在襯托上采用石蠟作為粘貼劑；
具體的步驟C所述的等離子體為SF6等離子體；
進(jìn)一步的步驟C中刻蝕減薄速率控制在300 600nm/min ;
具體的步驟C中刻蝕減薄至襯底厚度約為150 ii m ; 進(jìn)一步的步驟E所述的背金結(jié)構(gòu)為Ti/W/Au三層結(jié)構(gòu)，背金結(jié)構(gòu)厚度約為3 4 ii m ; 具體的所述管芯為AlGaN/GaN HEMT管芯，所述襯底材料為碳化硅(SiC)或藍(lán)寶 石(A1203)。 本發(fā)明具有以下有益效果 1、本發(fā)明采用的等離子體刻蝕減薄技術(shù)，特別適用于基于碳化硅襯底的氮化鎵基 場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造工藝。 2、本發(fā)明在襯底減薄過程中，晶圓不需要施加機(jī)械壓力，降低晶圓裂開或碎裂的 可能性，保證減薄工藝的穩(wěn)定性和可靠性。 3、本發(fā)明在襯底減薄過程中速率均勻，減薄后襯底厚度一致性高，襯底不會(huì)附著 塵埃等污染物，提高了襯底表面的附著能力，增強(qiáng)了背金結(jié)構(gòu)在襯底的粘附性，使背金結(jié)構(gòu) 與襯底粘附更加牢固和穩(wěn)定。


圖1為氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)晶體管分層結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2場(chǎng)效應(yīng)晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為實(shí)施例的流程圖； 圖4為等離子體刻蝕減薄后襯底樣品顯微照片； 圖5等離子體刻蝕減薄后完成背金結(jié)構(gòu)的實(shí)物顯微照片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。 本發(fā)明在場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造工藝過程中，對(duì)襯底減薄工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用等離 子體刻蝕(ICP)的方法，對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕，實(shí)現(xiàn)減薄的目的。 由圖1所示的GaN基場(chǎng)效應(yīng)管分層結(jié)構(gòu)可以看出，在晶圓正面制作AlGaN/GaN
4HEMT管芯涂上保護(hù)層后，晶圓底面碳化硅厚度、表面質(zhì)量等，都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影 響。圖2示出了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。該GaN基場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括柵極，位于柵極 兩側(cè)的源極和漏極；其中，柵極、源極和漏極位于晶圓頂層鋁鎵氮(AlGaN)外延層上，源極 與AlGaN外延層以及漏極與AlGaN外延層之間通過退火合金形成歐姆接觸，柵極通過蒸發(fā) 金屬形成在AlGaN外延層上。
實(shí)施例 本例以SF6作為等離子體氣源，采用電感耦合等離子體刻蝕的方式，對(duì)碳化硅襯 底進(jìn)行刻蝕，實(shí)現(xiàn)碳化硅襯底的減薄。該刻蝕方法具有刻蝕速率快，刻蝕精度高等優(yōu)點(diǎn)。整 個(gè)減薄過程晶圓上不存在機(jī)械負(fù)重，降低2英寸晶圓裂開或碎裂的可能性，保證減薄工藝 的穩(wěn)定性和可靠性。ICP刻蝕的減薄方式提高了碳化硅襯底減薄速率的均勻性，增強(qiáng)減薄后 襯底的厚度一致性，襯底不存在附著小塵埃，提高襯底表面的附著能力，增強(qiáng)了背金結(jié)構(gòu)在 碳化硅襯底的粘附性，使背金結(jié)構(gòu)與碳化硅襯底粘附更加牢固，更佳穩(wěn)定。
圖3示出了制作GaN基場(chǎng)效應(yīng)晶體管的實(shí)現(xiàn)流程圖，該方法包括以下步驟
步驟1、制作AlGaN/GaN HEMT管芯，完成器件； 步驟II、采用為正性光刻膠S9918作為保護(hù)層，均勻涂覆，保護(hù)晶圓正面和管芯， 并且便于將晶圓粘貼到襯托上；將晶圓正面倒扣在襯托上用石蠟粘牢； 步驟ni、將扣上晶圓的襯托放入電感耦合等離子體刻蝕機(jī)的腔體內(nèi)，利用SF6等
離子體對(duì)碳化硅襯底進(jìn)行刻蝕減薄，SF6對(duì)SiC的刻蝕速率較快；
步驟IV、去蠟，將晶圓從襯托上取下； 步驟V、采用背金技術(shù)，形成AlGaN/GaN HEMT管芯的背金結(jié)構(gòu)。
步驟II所述的光刻膠的推薦厚度為4 ii m ;
步驟II中，涂覆光刻膠后，需要在10(TC熱板上烘烤5分鐘；
步驟III優(yōu)選的刻蝕速率控制在每分鐘400nm(400nm/min);
步驟III所述的刻蝕減薄致碳化硅厚度為150 y m左右； 步驟IV中，去蠟液體的主要成分為己烷、氯仿和甲苯等有機(jī)物的混合液體，去蠟 溫度控制在70 80°C ; 步驟V所述的背金結(jié)構(gòu)為Ti/W/Au三層結(jié)構(gòu)；厚度可以做到3 4 ii m。
對(duì)本發(fā)明制造的場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行觀察和測(cè)試分析，減薄的碳化硅襯底時(shí)，從顯 微鏡中觀察的實(shí)物照片如圖4所示。從減薄后的碳化硅襯底表面顯微照片涂4可以看出， 表面只有一些碳化硅襯底材料固有的斑點(diǎn)，沒有出現(xiàn)明顯的劃痕。這是由于沒有磨料在表 面摩擦，不會(huì)有表面劃痕。從圖5所示的減薄后的碳化硅襯底背金結(jié)構(gòu)的實(shí)物照片可以看 出，背金結(jié)構(gòu)非常牢固，沒有出現(xiàn)任何脫落。這是因?yàn)橐r底不存在附著小塵埃，提高襯底表 面的附著能力，增強(qiáng)了背金結(jié)構(gòu)在碳化硅襯底的粘附性，使背金結(jié)構(gòu)與碳化硅襯底粘附更 加牢固，更佳穩(wěn)定。 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)。如本發(fā)明的等離子體刻蝕減薄工藝，同樣可以用于采用藍(lán)寶石(A1203)襯底的 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的襯底減薄。
權(quán)利要求
場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，包括以下步驟步驟A、制作管芯完成器件；步驟B、涂覆保護(hù)層保護(hù)晶圓正面和管芯，將晶圓正面倒扣粘貼在襯托上；步驟C、將扣上晶圓的襯托放入等離子體刻蝕機(jī)腔體內(nèi)，利用等離子體對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕減薄；步驟D、將晶圓從襯托上取下；步驟E、采用背金技術(shù)，在襯底上形成管芯的背金結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于步驟B所述保護(hù)層為 正性光刻膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于所述正性光刻膠厚度約4 u m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于涂覆保護(hù)層后在 IO(TC左右熱板上烘烤約5分鐘。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于步驟B中將晶圓粘貼 在襯托上采用石蠟作為粘貼劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于步驟C所述的等離子 體為SFe等離子體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于步驟C中刻蝕減薄速 率控制在300 600nm/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于步驟C中刻蝕減薄至 襯底厚度約為150iim。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于步驟E所述的背金結(jié) 構(gòu)為Ti/W/Au三層結(jié)構(gòu)，背金結(jié)構(gòu)厚度約為3 4 ii m。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于所述管芯為AlGaN/ GaN HEMT管芯，所述襯底材料為碳化硅或藍(lán)寶石。
全文摘要
本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管制作技術(shù)，特別涉及氮化鎵基微波功率場(chǎng)效應(yīng)器件襯底減薄的方法。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法中襯底減薄技術(shù)的缺點(diǎn)，公開了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，改進(jìn)其襯底減薄技術(shù)，以適應(yīng)高硬度襯底材料的減薄，提高襯底加工工藝質(zhì)量，改進(jìn)襯底質(zhì)量，提高器件整體性能。本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造方法，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管制造工藝過程中，利用等離子體對(duì)碳化硅等場(chǎng)效應(yīng)晶體管高硬度襯底進(jìn)行刻蝕減薄。能夠避免晶圓破裂，提高襯底減薄的質(zhì)量，特別適合氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的制造工藝。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101719471SQ20091031126
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者劉新宇, 李濱, 李誠(chéng)瞻, 陳曉娟, 魏珂 申請(qǐng)人:四川龍瑞微電子有限公司