[发明专利]一种SiC基GaN晶体的深孔刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种SiC基GaN晶体的深孔刻蚀方法，主要包括刻蚀前处理、刻出预刻孔，对SiC衬底层在第一刻蚀参数下进行第一干法刻蚀，对GaN基层在第二刻蚀参数下进行第二干法刻蚀，经刻蚀后最终形成背孔，此刻蚀方法在大尺寸特别是六英寸SiC基GaN晶体上刻蚀时，实现了对SiC衬底层刻蚀时，SiC对GaN的选择比大于30:1、对Ni选择比大于30:1、侧壁角度85°‑87°，对GaN基层刻蚀时，GaN对SiC选择比大于3:1、侧壁角度大于85°，最终刻蚀出的背孔颗粒玷污少、金属侵蚀弱，孔内刻蚀均匀，器件本身的翘曲度得到了有效控制。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管(FET)领域和化合物半导体工艺领域，特别是涉及SiC基GaN晶体的SiC背孔刻蚀方法。

背景技术

作为第三代宽禁带化合物半导体器件的AlGaN/GaN HEMT在功率输出、频率特性等方面具有优良的特性，使其在高温、高频、大功率器件方面有着很好的应用前景，目前在国内外得到了广泛的研究目前，选用SiC作为AlGaN/GaNHEMT的首选衬底材料从而制造出SiC基AlGaN/GaN HEMT器件。

对于SiC基AlGaN/GaN HEMT器件而言，需要通孔接地，以改善器件的频率特性和可靠性，方便微波单片集成电路的设计制作，目前SiC基AlGaN/GaNHEMT器件的通孔是选择对SiC基AlGaN/GaN晶圆进行干法刻蚀。干法刻蚀的选择性差、存在离子辐射损伤等问题，对大尺寸的SiC基AlGaN/GaN HEMT器件进行刻蚀，特别是对6英寸的SiC基AlGaN/GaN HEMT器件进行刻蚀时，这些问题进而也被放大，因此在刻蚀速率、孔的均匀性、SiC和GaN选择比、GaN和金属选择上很难达到工艺要求，另外在大尺寸的SiC基AlGaN/GaN HEMT器件上进行刻孔时，很难对器件本身的翘曲度进行有效控制。

发明内容

本发明为解决上述技术问题采用了一种SiC基GaN晶体的深孔刻蚀方法，该方法采用更为细致的工艺步骤和更为优化的工艺参数，实现对SiC基GaN晶体，特别是6英寸SiC基GaN晶体的通孔刻蚀，具体技术方案是：

一种SiC基GaN晶体的深孔刻蚀方法，所述SiC基GaN晶体从下至上依次为SiC衬底层、GaN层、源金属层，其特征在于，包括以下步骤：

S1：刻蚀前处理，对所述SiC衬底层进行机械研磨将其减薄至90um-110μm，在所述SiC衬底层背面光刻出背孔图形并沉积Ti，形成Ti种子层，在所述Ti种子层上电镀金属Ni掩膜直至金属Ni掩膜的厚度为8μm-11μm；

S2：去除背孔图形处的金属Ni掩膜、Ti种子层，形成底部平整的预刻孔；

S3：沿所述预刻孔对SiC衬底层在第一刻蚀参数下进行第一干法刻蚀，所述第一干法刻蚀包括顺次进行的主刻蚀工序、过刻蚀工序及打底层处理工序，所述主刻蚀工序刻蚀SiC衬底层直至刻蚀的孔深度达到85-90μm，所述过刻蚀工序延续主刻蚀工序刻通SiC衬底层并停留在GaN层，所述打底层处理工序除去因过刻蚀工序而在GaN层上形成的聚合物；

S4：沿SiC衬底层上的孔对GaN层在第二干法刻蚀参数下进行第二干法刻蚀，所述第二干法刻蚀包括顺次进行的主刻蚀工序、过刻蚀工序及打底层处理工序，所述主刻蚀工序刻通GaN层，所述过刻蚀工序刻到源金属层的背面，所述打底层处理工序除去因过刻蚀工序而形成的镓聚合物。

进一步，所述干法刻蚀选用感应耦合等离子体刻蚀机。

进一步，所述第一干法刻蚀采用含六氟化硫气体、氩气、氧气的混合气体生成的等离子体进行刻蚀，所述第一刻蚀参数为：六氟化硫气体体积流量为4-135sccm，氩气体积流量为10-135sccm，氧气体积流量为0-5sccm，所述感应耦合等离子体刻蚀机的线圈功率为1000～1800W，板极功率为180～450W，刻蚀压力为10mTorr-20mTorr，刻蚀时间为180min-206min。