摘要

通過使用多級等離子體蝕刻實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、用于蝕刻后光致抗蝕劑去除的替代方法，以及開發(fā)自動(dòng)蝕刻后遮蓋物去除順序；一種可再現(xiàn)的基板通孔處理方法被集成到大批量GaAs制造中。對于等離子體蝕刻部分，使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)來確定缺陷密度和通孔尺寸。使用光學(xué)顯微鏡、SEM和俄歇電子能譜(AES)完成對蝕刻后去除的分析。通過一系列評估，來自通用化學(xué)公司的化學(xué)物質(zhì)被確定為能有效地同時(shí)去除光刻膠掩模和蝕刻殘留物。開發(fā)的最終工藝產(chǎn)生了具有大約80度的單斜面?zhèn)缺谳喞拇┻^襯底的通孔，該通孔清除了蝕刻后的掩膜材料。

介紹

背面砷化鎵(GaAs)通過基板的加工是一個(gè)高度機(jī)械化、非自動(dòng)化的過程，需要大量的操作員干預(yù)。1制造商一直在努力使這一過程更具可制造性、穩(wěn)健性和成本效益。襯底通孔制造包括將晶片安裝到支撐襯底(圖1)、機(jī)械和化學(xué)晶片減薄、光刻、等離子體蝕刻、光致抗蝕劑去除、蝕刻后殘留物去除、金屬化，以及最后將晶片從其支撐襯底上拆下。雖然每一個(gè)都是獨(dú)立的過程，但它們確實(shí)相互影響。綜上所述，成功的過孔的生產(chǎn)需要考慮整個(gè)背面工藝的材料和條件。

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建立蝕刻工藝后，需要開發(fā)合適的面紗清潔。對于清潔工藝來說，重要的是要穩(wěn)健，并處理任何自然的蝕刻工藝變化。利用從蝕刻后殘留物的AES獲得的知識，嘗試確定哪種化學(xué)物質(zhì)將提供干凈的通孔。更具挑戰(zhàn)性的是，加工溫度必須嚴(yán)格控制在熱塑性安裝粘合劑的軟化點(diǎn)以下。最后，必須仔細(xì)考慮與粘合劑的化學(xué)相互作用。

蝕刻修改

使用熱塑性材料在安裝在載體襯底上的150 mm (100) GaAs晶片上進(jìn)行蝕刻實(shí)驗(yàn)。將晶片減薄到90 ?m.的目標(biāo)厚度。用80 ?m直徑的通孔和金蝕刻停止層涂覆在晶片的正面。所有實(shí)驗(yàn)都使用相同的掩模板。

此外，為了篩選通孔輪廓，SEM以30度的傾斜角用于晶片中心和邊緣的自上而下的測量。然后測量頂部和底部通孔直徑以及通孔側(cè)壁垂直部分的長度。最后，通過自上而下的SEM工作篩選的晶片被剖切，并確定垂直與傾斜的比率。

使用BCl3/Cl2氣體化學(xué)的電感耦合等離子體(ICP)通孔蝕刻工藝被用于實(shí)驗(yàn)。該蝕刻機(jī)具有靜電卡盤(ESC)和氦背面冷卻。在等離子體條件下，將晶片表面的溫度保持在100℃以下以防止光致抗蝕劑碳化至關(guān)重要。保持晶片溫度也是防止熱塑性安裝材料分解所希望的。晶片中心測得的最終工藝溫度為43℃，邊緣為48℃。

蝕刻過程中的第一步是原位去渣步驟，以去除任何潛在的光刻膠浮渣。去渣之后是使用BCl3/Cl2化學(xué)物質(zhì)的突破步驟。對于主蝕刻步驟，使用BCl3/Cl2化學(xué)混合物。去渣和突破步驟通常用于最大限度地減少因污染、殘留光刻膠或基板不均勻性而形成的柱狀物或草狀物。進(jìn)行初始篩選實(shí)驗(yàn)以確定光刻和蝕刻參數(shù)對通孔輪廓的影響。探索曝光后烘烤溫度、下電極功率、源功率、壓力、卡盤溫度和氣流。響應(yīng)是通過頂部直徑，底部直徑和垂直側(cè)壁長度。從頂部和底部通孔直徑計(jì)算側(cè)壁角度對于單斜率剖面(圖2-左)。結(jié)果顯示，較低的曝光后烘烤溫度是產(chǎn)生較窄的上部通孔直徑的主要影響。曝光后烘烤溫度增加20 ℃,通孔直徑增加約15微米。底部通孔直徑不受任何蝕刻或光參數(shù)的影響。完全傾斜的過孔的角度被計(jì)算為75度

85度。沒有尖角的完全傾斜的通孔改善了在去除面紗期間濕化學(xué)物質(zhì)的滲透。干凈、完全傾斜的過孔形狀還允許改善臺階覆蓋和更薄的金屬涂層，從而降低成本(圖2-左)。

表面輪廓術(shù)用于計(jì)算蝕刻過程的蝕刻速率和選擇性。在沒有曝光后烘烤步驟的情況下，在用光致抗蝕劑圖案化的GaAs晶片上測量臺階高度。優(yōu)化的蝕刻速率條件產(chǎn)生了5.7 ?m/minute.的蝕刻速率因此，新的蝕刻工藝產(chǎn)生了完全傾斜的通孔輪廓。關(guān)于過蝕刻量的實(shí)驗(yàn)表明，過蝕刻越短，減少了面紗的數(shù)量(圖3)。

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結(jié)論

通過一系列的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，開發(fā)了穿過襯底的通孔蝕刻工藝。該工藝產(chǎn)生入射角為75至85度的完全傾斜的通孔輪廓。生產(chǎn)的面紗材料的量減少了。等離子灰化過程被取消，由于金濃度降低，可以更容易地去除面紗。開發(fā)的面紗清潔工藝?yán)昧巳軇┡浞?GenSolveTM)、預(yù)漂洗(GenCleanTM)和短時(shí)間金屬浸出步驟的組合。這種優(yōu)化產(chǎn)生了一種可制造的模塊，并且產(chǎn)生了一致的干凈過孔。

　　審核編輯：湯梓紅