一種化合物基半導體超薄襯底制作方法與流程

本發明涉及一種化合物基半導體超薄襯底制作方法，屬于半導體制造的技術領域。

技術背景

隨著太赫茲技術的不斷進步發展，化合物半導體材料以其可裁剪的能帶結構、高電子遷移率等物理特性在太赫茲器件技術領域得到廣泛應用，但是由于工作頻率高，太赫茲固體器件的襯底損耗不容忽視，降低太赫茲固體器件的襯底厚度一致都是業界提高太赫茲器件性能的重要手段，也是一個重大技術難題。

現有采用直接減薄方式減小太赫茲器件襯底厚度的方法，在實際工藝過程中操作誤差大，襯底平整性差，而且給后續工藝造成操作空難，急需改進這一傳統減薄方式。

技術實現要素：

（一）要解決的技術問題

本發明所要解決的技術問題是直接減薄制作太赫茲器件造成的襯底平整性差、誤差大的問題，在直接減薄過程中，由于要實現非常薄的襯底，在后期制作過程中，減薄速率必須降到很低，而且由于襯底薄至10微米以下，給后續工藝如去粘附劑、劃片等過程中都有著非常大的操作難度。

（二）技術方案

為了解決以上技術問題，結合附圖1-6進行說明，本發明提供了一種化合物基半導體超薄襯底制作方法：其包括如下步驟：

(1)在化合物基外延材料層上制作完成太赫茲器件；

(2)采用光刻、刻蝕的方法在太赫茲器件周圍形成深的隔離臺面，刻蝕深度為3-10微米，去膠，并清洗干凈；

(3)在化合物半導體襯底片正面涂光刻膠，光刻膠為PMMA電子束光刻膠，并進行180℃3分鐘堅膜；

(4)在臨時襯底片上生長保護介質二氧化硅20納米，生長方式為PECVD；

(5)將化合物半導體襯底與臨時襯底片進行粘附，粘附劑為低溫蠟；

(6)對化合物基半導體襯底片進行快速減薄、慢速減薄、拋光，直到化合物基襯底厚度減薄到20-30微米；

(7)采用等離子體刻蝕的方式，刻蝕襯底背面，直到臺面外的外延層全部刻蝕掉；

(8)采用有機溶劑浸泡的方式去掉粘附劑和光刻膠，得到襯底厚度為3-10微米的化合物基半導體器件。

所述化合物半導體為砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化硅等半導體材料。

所述步驟(1)中，太赫茲器件包括異質結雙極晶體管、高電子遷移率晶體管、肖特基二極管、耿式二極管等。

所述步驟(2)中，刻蝕掩膜為光刻膠4620，厚度為15微米，刻蝕方式為ICP刻蝕。

所述步驟(2)中，去膠采用丙酮、乙醇、DI水清洗。

所述步驟(3)中，在刻蝕有隔離深槽的化合物半導體外延片上，先涂PMMA電子束光刻膠4微米，180烘膠2分鐘；然后再涂PMMA電子束光刻膠6微米，180度熱板厚膠2分鐘，在其上一共涂PMMA電子束光刻膠10微米。

所述步驟(4)中，對臨時襯底片可以是硅片、氮化硅片、玻璃片、石英片等，在臨時襯底片表面進行二氧化硅介質保護，主要用于襯底片的二次回收再利用，再完成減薄之后，將二氧化硅腐蝕掉，即可恢復良好的襯底表面。

所述步驟(4)中，對臨時保護介質可以是氮化硅、三氧化二鋁等。

所述步驟(6)中，對化合物半導體襯底的減薄，分為三個階段，第一階段快速減薄，可減薄至35-50微米微米厚度；第二階段為慢速減薄，可減薄至20-25微米微米；第三階段為拋光減薄。

所述步驟(7)中，刻蝕過程必須在臺面外區域進行刻蝕監控，刻蝕速率控制在1微米每分鐘以內，由于光刻膠與化合物半導體的刻蝕速率不同，到刻蝕完化合物半導體，過刻蝕30sec后完成刻蝕。

所述步驟(8)中，首先采用去蠟液對低溫蠟進行浸泡去除，然后選用丙酮、乙醇、DI水對襯底片進行清洗，從而得到襯底厚度為3-10微米的化合物基半導體器件。

（三）有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明有以下有益效果：

本發明采用的化合物半導體襯底減薄方法，首先在正面進行臺面隔離和襯底厚度標定，進而得到相應的減薄和刻蝕工藝，主要是通過正面刻蝕工藝確定襯底厚度，工藝簡單，厚度可控性好，其次在背面工藝中采用刻蝕的方法，通過刻蝕監控確保了襯底厚度誤差，并可以通過調整刻蝕速率減小襯底的厚度誤差，為太赫茲器件的參數穩定性提供保證。

附圖說明：

圖1為化合物半導體襯底制作深臺面后示意圖

圖2為化合物半導體襯底片涂光刻膠粘附劑后結構示意圖

圖3為臨時襯底片生長SiO2后示意圖

圖4為將化合物半導體襯底片與臨時襯底片進行粘附后的結構示意圖

圖5為將化合物半導體襯底進行減薄拋光后的結構示意圖

圖6為將化合物半導體襯底片進行背面刻蝕后的結構示意圖

附圖中標記表示為：1-化合物半導體襯底片，2-PMMA和粘附劑-低溫蠟，3-臨時襯底片，4-二氧化硅。

具體實施方式

本實施例提供一種化合物半導體砷化鎵襯底減薄的方法，包括如下步驟：

(1)在砷化鎵化合物外延材料層上制作完成肖特基二極管太赫茲器件；

(2)采用AZ4620光刻膠作為掩膜在太赫茲器件周圍定義形成深的隔離臺面，采用ICP刻蝕，刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，刻蝕深度為6微米，用丙酮去膠，并采用丙酮、乙醇、去離子水清洗干凈；

(3) 在刻蝕有隔離深槽的砷化鎵外延片上，先涂PMMA電子束光刻膠4微米，180烘膠2分鐘；然后再涂PMMA電子束光刻膠6微米，180度熱板厚膠2分鐘，在其上一共涂PMMA電子束光刻膠10微米。

(4)在石英襯底片上生長保護介質二氧化硅20納米，生長方式為PECVD；

(5)將砷化鎵半導體襯底正面與石英襯底片進行粘附，粘附劑為低溫蠟；

(6)對砷化鎵半導體襯底片進行快速減薄、慢速減薄、拋光，直到化合物基襯底厚度減薄到25微米左右；

(7)采用ICP等離子體刻蝕的方式，刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，刻蝕襯底背面，采用ICP系統自帶的終點檢測系統進行刻蝕監控，直到臺面外的外延層全部刻蝕掉，露出PMMA光刻膠，過刻蝕30sec，停止刻蝕；

(8)采用去蠟液、丙酮、乙醇等有機溶劑浸泡的方式去掉粘附劑和光刻膠，得到襯底厚度為6微米的化合物基半導體器件。

以上所述的具體實施例，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，以上所述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。