用于蚀刻通孔的改进方法技术

本发明专利技术提供一种用于蚀刻衬底的改进方法，该方法减少了柱状体的形成。根据该方法，减少了工艺中使用的蚀刻气体的滞留时间，并且增加了用于离解蚀刻气体的感应耦合等离子体源的功率。在蚀刻工艺期间提供低偏置的ＲＦ电压。在蚀刻工艺期间使用的不同偏置电平之间ＲＦ偏置电压跳变。使用感应耦合等离子体限制环来强制感应耦合等离子体源中产生的活性粒子处于衬底的表面之上。这些步骤减少或消除了在蚀刻工艺期间柱状体的形成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种衬底的等离子体处理。更具体地，本专利技术涉及一种用于在等离子体处理室中在砷化镓衬底的背面蚀刻通孔的改进方法。
技术介绍
在无线通讯工业中，广泛采用GaAs器件，而GaAs的高电子迁移率使它非常适合于高频、低噪声、高增益应用。尽管它有非常优异的电特性，但是GaAs具有相对差的导热性，使它难于消除功率器件的热影响。通常解决此问题的方法是从晶片背面形成到达正面电路的通孔。这种通孔提供一种用于热去除的良好热路径以及用于RF(射频)器件的低阻抗接地连接。在完成正面处理之后，将晶片表面朝下安装在载体晶片上并机械减薄至大约100微米的厚度。然后，利用光刻胶构图晶片的背面，并通过减薄的衬底等离子体蚀刻通孔、停止在正面的金属上。在去除光刻胶之后，典型地通过溅射金籽晶层、随后通过金电镀步骤来金属化通孔，以便作为散热器/接地连接。理想的背面蚀刻工艺会在通孔中产生光滑的倾斜孔壁。然而，实际中，通常在多个通孔中会形成柱状体(也是公知的草状)。图1示出了典型的柱状体形成2。这些柱状体形成2潜在地对在衬底6中蚀刻的通孔4的金属化可靠性产生危害。柱状体形成潜在地提升了有源区的数量。例如，蚀刻表面上的污染例如来自减薄处理的残留物或先前或暴露期间的任何一种情况下的衬底中的杂质，蚀刻可以作为微掩膜。此外，这种微掩膜的影响还导致了在样品装载、非挥发性掩膜材料的溅射和再次淀积以及反应物的溅射和再次淀积期间引H2O，并形成低速蚀刻产物(GaCl2与GaCl3)。在最近的杂志论文中，Nam等人提出了柱状体形成。含有柱状体形成的这种组分依赖于在研磨工艺之后晶片的表面条件。此外，当提出物理条件时，应满足以下的更容易形成柱状体而发现的组分。较低的偏置功率＜100W较低的ICP功率 ＜700W较高的压力＞13毫乇较低的BCl3组分 ＜66％BCl3根据他们的观察，Nam等人推荐以下工艺条件BCl340sccmCl220sccm压力 8毫乇(mTorr)RF偏置功率50WICP功率 700W此外，Nam等人的小组推荐Ar溅射预蚀刻以便物理地去除任何来自研磨工艺的残留物。然而，本专利技术者的实验已经示出了甚至当依据建议的工艺条件时也会产生柱状体形成。此外，由Nam等人建议的工艺条件对GaAs产生相对低的蚀刻速度(＜3微米/分钟)，其在处理时间＞30分钟之内会典型地产生100微米深的孔。与Nam等人采用的3英寸衬底相比较，这个问题将对150mm衬底的影响更加严重。根据上述讨论的现有技术的问题，就需要一种高速、GaAs通孔蚀刻工艺，该蚀刻工艺产生倾斜的通孔轮廓并消除柱状体形成。而且，工艺的操作参数应当确定，以致可以将该工艺作为有价值的生产工艺来实施。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例指向一种用于在辅助离子蚀刻工艺期间在衬底内形成通孔的改进方法。该方法开始在衬底上形成掩膜层。然后，将衬底放入具有感应耦合等离子体限制环的感应耦合等离子体处理系统中。将高速Cl2气流引入处理系统，并采用低偏置RF蚀刻激发等离子体。提高感应耦合等离子体处理系统的功率电平以便更加充分地离解高速Cl2气流。按阶梯式使RF等离子体跳变，以便高速地进行蚀刻并在蚀刻工艺期间消除柱状体形成。RF等离子体的跳变可以通过放置具有模拟RF偏置设置点的内置RC电路来实现。可替换地，RF等离子体的跳变可以合并入用于控制蚀刻工艺的操作软件中。当完成蚀刻工艺时，从等离子体处理系统中移出衬底，并从衬底剥除掩膜层。可以腐蚀掩膜以便制造具有倾斜轮廓的通孔。本专利技术的上述实施例提供了相对现有技术的许多优点。例如，限制环的提供就迫使在衬底的表面之上产生活性粒子。这就确保了足够的反应粒子出现在衬底的表面上，以便给出高蚀刻速度并防止柱状体的形成。此外，确保更加充分地离解气体而提高反应气体的流速并提高感应耦合等离子体的功率电平，就提供了在衬底的表面上蚀刻气体的过量。结果，本专利技术基本上减少了在蚀刻工艺期间柱状体的形成。本专利技术的另一个实施例指向一种利用感应耦合等离子体源在GaAs衬底中形成通孔的改进。该方法的中心是围绕降低在蚀刻工艺期间使用的蚀刻气体的滞留时间以防止柱状体的形成，并提高感应耦合等离子体源的功率以更加充分地将蚀刻气体离解为活性粒子。用低偏置RF电压来开始蚀刻工艺。在蚀刻工艺的不同步骤之间使用的不同RF偏置电压电平之间跳变RF偏置电压。气体的滞留时间为气体分子被抽走之前气体分子停留在反应室中的平均时间。可以通过以下公式来计算滞留时间t＝pV/Q其中t是滞留时间、单位为秒，p是压力、单位为乇(torr)，V是反应室体积、单位为升，Q是测量的气体流速、单位为乇·升/秒。对于固定体积的反应室，可以通过降低处理压力或增加气体流速来减少滞留时间。通过在蚀刻工艺期间的较低压力下引入高速Cl2气流，减少蚀刻气体的滞留时间(优选到小于1秒)，以便提供过量的活性Cl。在感应耦合等离子体源和衬底表面之间设置孔隙，以便迫使在感应耦合等离子体源中产生的活性Cl位于衬底的表面之上。如上所述，减少蚀刻气体的滞留时间并提高感应耦合等离子体源的功率基本上就限制了柱状体形成。此外，不是非阶梯式的变化而是在不同电平之间的RF偏置电压的跳变还消除了因为偏置电压中的快速改变引起的电压尖峰带来的柱状体形成。因此，本专利技术相对现有技术具有实质上的改进。附图说明图1是在蚀刻出的通孔中的柱状体形成的图像；图2示出了用于GaAs通孔蚀刻工艺的Cl2的使用效率与气体滞留时间；图3(a)和3(b)示出了用于操作参数的给定设置的柱状体密度与ICP功率；图4说明限制环(confinement ring)的不同尺寸的柱状体密度中的差异；图5示出了作为反应离子蚀刻(RIE)功率的函数的柱状体形成；图6示出了RF偏置反射功率与使用数字RF偏置功率变化(50W-170W)的工艺的时间； 在本比较实验中，使用(表1)和(表2)所示的补偿表。无论对于两种线速度的哪个，都为32个相同的表要素数量。为了比较，设表要素的补偿分辨率相对各线速度为0.5ns和1.0ns两种。即，各要素值的设定步长(step)仅为0.5ns或1.0ns。在使用上述条件执行测试记录后，记录10次随机信号，通过时间间隔分析仪来测定再现信号的跳动。将相对各线速度、补偿分辨率的跳动的测定结果示于(表17)中。(表17) 通过(表17)，在线速度为8.2m/s时，无论由0.5ns和1.0ns哪个补偿分辨率，都能得到8％左右的良好跳动。这是因为线速度慢，则记录脉冲的边缘位置的变化对标记边缘位置的影响小，所以无论哪个补偿分辨率，跳动都不太变化。此时，因为将补偿分辨率设为1.0ns可减少测试记录中的脉冲边缘的调整点，所以从缩短测试记录所需的时间的观点看较好。另一方面，在线速度为8.2m/s时，在0.5ns的补偿分辨率下，跳动为8％左右，而在1.0ns下恶化到10.3％。这是因为线速度快，则记录脉冲的边缘位置的变化对标记边缘位置的影响大，所以在1.0ns时，设定步长过粗，跳动变坏。此时，将补偿分辨率设为0.5ns从得到良好的跳动值的观点看较好。因此，在记录标记的边缘位置变化小的记录条件下，通过识别符的识别结果来降低分辨率后进行测试记录，在短的测试记录时间中进行正确的信息记录再现上是有效的。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在衬底中形成通孔的改进方法，该方法包括步骤：在该衬底上形成掩膜层；在感应耦合等离子体处理系统中放置所说的衬底；将高速Ｃｌ↓［２］气流引入该处理系统；通过提高感应耦合等离子体处理系统的功率电平以便更加充 分地离解高速Ｃｌ↓［２］气流，在该衬底中蚀刻通孔；从该等离子体处理系统中移出该衬底；以及从所说的衬底剥除所说的掩膜层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-4-9 60/371,056;US 2003-4-4 10/407,8311.一种用于在衬底中形成通孔的改进方法，该方法包括步骤在该衬底上形成掩膜层；在感应耦合等离子体处理系统中放置所说的衬底；将高速Cl2气流引入该处理系统；通过提高感应耦合等离子体处理系统的功率电平以便更加充分地离解高速Cl2气流，在该衬底中蚀刻通孔；从该等离子体处理系统中移出该衬底；以及从所说的衬底剥除所说的掩膜层。2.根据权利要求1的方法，其中，所说的处理系统具有感应耦合等离子体限制环。3.根据权利要求1的方法，还包括利用低偏置RF功率来进行初始蚀刻的步骤。4.根据权利要求1的方法，还包括减少在蚀刻工艺期间采用的蚀刻气体的滞留时间以防止形成柱状体的步骤。5.根据权利要求1的方法，包括在工艺步骤间的不同电平之间使RF功率跳变以便消除在蚀刻期间形成柱状体的步骤。6.根据权利要求1的方法，其中，所述蚀刻工艺还包括辅助离子蚀刻工艺。7.一种使用感应耦合等离子体源在GaAs衬底中形成通孔的改进方法，该方法包括步骤在该GaAs衬底上形成掩膜层；在感应耦合等离子体处理系统中放置所说的GaAs衬底；通过采用低偏置RF功率进行初始蚀刻，在该GaAs衬底中蚀刻通孔；从该等离子体处理系统中移出该GaAs衬底；以及从所说的GaAs衬底剥除所说的掩膜层。8.根据权利要求7的方法，其中，所说的处理系统具有感应耦合等离子体限制环。9.根据权利要求7的方法，还包括将高速Cl2气流引入该处理系统的步骤。10.根据权利要求9的方法，还包括提高感应耦合等离子体处理系统的功率电平以便更加充分地离解该高速Cl2气流的步骤。11.根据权利要求7的方法，还包括减少在蚀刻工艺期间采用的蚀刻气体的滞留时间以防止形成柱状体的步骤。12.根据权利要求7的方法，包括在工艺步骤间的不同电平...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗素韦斯特曼，大卫J约翰逊，
申请(专利权)人：优利讯美国有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]