СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА Российский патент 1994 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к способам изготовления полупроводниковых структур на полуизолирующей и изолирующей подложке.

Прототипом изобретения является полупроводниковый прибор на полуизолирующей подложке, включающий полупроводниковый элемент, имеющий электрод, выполненный на активном слое подложки арсенида галлия с полуизолирующими свойствами, сквозное отверстие, проходящее сквозь подложку арсенида галлия, металлический слой, нанесенный на обратную сторону подложки арсенида галлия и через сквозное отверстие соединяющийся с электродом на лицевой стороне ее.

Металлизацию на обратной стороне подложки и в сквозном отверстии создают путем напыления системы металлов титан-золото (титан-платина) и последующего электрохимического осаждения толстого слоя золота.

Этот способ металлизации обратной стороны подложки и сквозных отверстий в ней имеет следующие недостатки:
- применение способа зависит от формы сквозного отверстия в подложке и от толщины подложки;
- имеют место потери золота, так как осаждают его на всю поверхность подложки;
- возможно образование пустот под электродами истоковыми площадками при электрохимическом осаждении золота из-за снижения плотности тока у дна узкого и глубокого отверстия.

При осаждении толстого слоя золота ( ≈20 мкм) на всю поверхность тонкой ( ≈35-40 мкм) подложки происходит деформация подложки из-за возникающих в ней напряжений.

Разделение подложки со структурами на кристаллы ведут резкой ее с лицевой стороны, проходя через толстый слой золота, осажденного на обратную сторону подложки. В результате этого на краях кристалла остаются заусенцы, ухудшающие процесс пайки кристалла при сборке его в корпус.

Следовательно, способ-прототип несовершенен, так как не универсален. Он не обеспечивает требуемого качества кристаллов и не гарантирует бездефектной металлизации в сквозных отверстиях.

При этом способе очевидны потери золота. Кроме того, ограничены технологические варианты при разделении подложки на кристаллы. В предлагаемом способе изготовления полупроводникового кристалла на полуизолирующей подложке, включающем создание электродов на лицевой стороне и сквозных отверстий под ними в полуизолирующей подложке, формирование металлического слоя на обратной стороне подложки и в сквозных отверстиях с последующим электрохимическим осаждением толстого слоя золота, разделение подложки на отдельные кристаллы, металлический слой на обратной стороне подложки создается в виде площадок, а при электрохимическом осаждении золота в качестве электрического контакта используют предварительно замкнутые между собой электроды на лицевой стороне подложки.

На полуизолирующей подложке, описанной в п. 1, после травления сквозных отверстий в подложке до электродов, расположенных на лицевой стороне и специально замкнутых между собой, осаждают электрохимическим способом золото на всю глубину отверстия, а затем формируют локальные электрически изолированные друг от друга металлические площадки над заметаллизированными сквозными отверстиями и проводят электрохимическое осаждение на них толстого золота ( ≈25 мкм) без специального маскирования. Формирование металлического слоя на обратной стороне полуизолирующей подложки в виде локальных участков позволяет последующее осаждение слоя золота провести на эти ограниченные по площади локальные участки, т. е. сэкономить золото, создать свободные от металла межкристальные разделительные дорожки на арсениде галлия под процесс разделения подложки на отдельные кристаллы с помощью механической резки или химическим сквозным травлением материала подложки. При таком способе электрохимического осаждения золота на локальные металлические участки, расположенные на полуизолирующей подложке, не требуется специального маскирования поверхности подложки и, следовательно, практически нет ограничения по толщине осаждаемого слоя золота. Кроме того, при осаждении толстых слоев золота (≈ 25 мкм) на тонких подложках ( ≈40 мкм) в виде локальных площадок подложка не деформируется.

Использование предварительно созданного электрического контакта на лицевой стороне подложки позволяет формировать локально металлические площадки под осаждение слоя золота, что исключает потери золота, оставляя открытыми участки подложки под процесс разделения ее на кристаллы, и исключает возможность образования пустот при создании металлизации в сквозных отверстиях, так как в этом случае слой золота наращивается непосредственно на площадку электрода (истока) с обратной его стороны.

Данное изобретение существенно, так как оно обеспечивает значительный технологический эффект, заключающийся в экономии золота, высокой технологичности способа:
- локальность осаждаемого толстого слоя золота задается при формировании приемных металлических площадок;
- исключается специальное маскирование;
- используется электрический контакт, созданный на лицевой стороне пластины, где замыкаются между собой электроды, на обратную сторону которых через сквозные отверстия на тыльной стороне пластины ведется осаждение золота, что исключает образование пустот в металлизационном слое;
- разделение подложки с готовыми транзисторными структурами на кристаллы ведется непосредственно по материалу подложки (GaAs), что обеспечивает качество кристалла.

Способ поясняется фиг. 1 и 2.

П р и м е р. Для изготовления полупроводникового кристалла согласно изобретению на полуизолирующей подложке 1 из арсенида галлия созданы электроды 2, сквозные отверстия 3, проходящие сквозь подложку арсенида галлия под этими электродами.

Электродами в данном случае служат контактные площадки "истока" транзисторных структур. Последовательность работы следующая.

На лицевой стороне подложки после создания транзисторных структур методом фотолитографии по слоям титан-золото, оставшимся от предыдущей технологической операции, замыкают между собой контактные площадки истока всех транзисторных структур, либо это закладывается в топологию при создании омических контактов "сток", "исток" соединением истоков всех структур вместе.

После этого подложку с транзисторными структурами лицевой стороной с помощью фоторезиста или спецклея наклеивают на пластину-держатель из сапфира или кварца, проводят утоньшение подложки до 40 мкм, создают окна в фоторезисте на обратной стороне подложки, соосные с контактными площадками "истока", проводя процесс совмещения в ИК-свете.

Травление сквозных отверстий ведут в травителе состава: H₃PO₄: H₂O₂: H₂O в соотношении: 3: 4: 1 с перемешиванием. Скорость травления - 6 мкм/мин. Диаметр окна под травление сквозных отверстий в фоторезистивной маске - 35 мкм, размер сквозного отверстия у поверхности - 75 мкм, на дне - 35 мкм, т. е. форма отверстия V-образная.

Одновременно с травлением сквозных отверстий протравливается окно диаметром 3 мм до общего золотого контакта на лицевой стороне подложки для прижимного контакта 4 при электрохимическом осаждении золота.

Затем методом электрохимического осаждения заполняют золотом сквозное отверстие 5, в результате планаризуется поверхность обратной стороны подложки.

Методом обратной фотолитографии, используя в качестве подслоя пленку позитивного фоторезиста толщиной 0,8-1 мкм, создают локальные металлические площадки вокруг заполненных золотом металлизированных сквозных отверстий.

В качестве материала для этих площадок использовали двухслойную систему титан-золото (нихром-золото, палладий-золотo платина) толщиной ≈ 700 и 500 соответственно.

Размер металлических площадок - 1,85х0,65 мм, что соответствует габаритному размеру кристалла. Далее повторяют процесс электрохимического осаждения золота толщиной 20-25 мкм на металлические площадки 7, при этом электрохимический контакт осуществляется через то же самое, ранее протравленное специальное окно в полуизолирующей подложке до лицевой стороны, где сформирован общий электрический контакт с выходом на локальные металлические площадки через металлизированные сквозные отверстия.

Специального маскирования под процесс электрохимического осаждения толстого золота на полуизолирующей подложке не требуется.

После этого проводят сквозное протравливание подложки арсенида галлия в свободных от металлизации дорожках 8, в результате чего происходит разделение подложки на отдельные кристаллы с заметаллизированной поверхностью обратной стороны и заметаллизированными сквозными отверстиями.

Далее склеивают разделенную на кристаллы подложку с пластины-держателя в горячем диметилформамиде, ацетоне.

После создания сквозных отверстий в полуизолирующей или изолирующей подложке методом обратной фотолитографии, используя в качестве взрывного подслоя негативный фоторезист, напылением формируют тонкопленочную систему титан-золото (титан-платина, нихром-платина) в сквозных отверстиях и вокруг них в виде изолированных друг от друга площадок. Затем в одном процессе проводят осаждение толстого слоя золота (20-25 мкм) на локальные металлические площадки и на металлизированную поверхность сквозных отверстий. Далее ведут процессы в соответствии с технологической последовательностью п. 1.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в экономии золота, в высокой технологичности способа, обеспечивающей локальность металлизации без специального маскирования подложки под процесс электрохимического осаждения золота, и гарантирует надежность металлизации в сквозных отверстияхб расширяет технологические вохможности при разделении подложки на кристаллы, не ограничивает осаждаемый слой золота по толщине, повышает качество кристалла и, как следствие, собранного прибора. (56) D'Asaro L. , Dihorenzo I. , Fukui H. Improved, performance of GaAs microwarve FET with low inductance are connections though the substrate IEEE Frans on Electr. Dev-, 1978, ЕД 25, р. 1218-1221.

Inferu. Ellectron Dev, Meet. 1977, р. 370-371.

Заявка Японии N 60-53088, кл. Н 01 L 21/28, опубл. 26.03.85.

Использование: изобретение относится к полупроводниковой технике и направлено на усовершенствование способа в части исключения потери золота, повышения технологичности и универсальности способа, повышения качества кристаллов после разделения подложки, а также повышения надежности металлизации в сквозных отверстиях. Сущность: в способе изготовления полупроводникового кристалла в качестве общего электрического контакта в процессе электрохимического осаждения толстого золота в сквозные отверстия и на металлические площадки на обратной стороне подложки используют предварительно замкнутые между собой электроды на лицевой стороне подложки с выходом на обратную сторону через металлическое дно сквозных отверстий. 2 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА на полуизолирующей подложке, включающий создание на лицевой стороне подложки электродов и сквозных отверстий под ними, формирование металлического слоя на обратной стороне подложки и в сквозных отверстиях, электрохимическое осаждение слоя золота и разделение подложки на отдельные кристаллы, отличающийся тем, что, с целью экономии золота, повышения технологичности способа и улучшения качества, металлический слой формируют в виде локальных участков, электрически не связанных между собой, и при электрохимическом осаждении слоя золота в качестве общего электрического контакта используют предварительно электрозамкнутые электроды на лицевой стороне подложки.