Способ металлизации сквозных отверстий в полуизолирующих полупроводниковых подложках

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем с использованием трехмерной 3D-интеграции посредством электрического соединения их металлических конструктивных элементов сквозными металлизированными отверстиями с обратными металлизированными сторонами полуизолирующих полупроводниковых подложек. Способ металлизации внутренних поверхностей сквозных отверстий в полупроводниковых структурах включает формирование на лицевой стороне поверхности полупроводниковой структуры металлических конструкций, утонение с обратной стороны несущей полупроводниковой полуизолирующей подложки, нанесение на нее маски с расположенными напротив металлических конструкций окнами заданной формы и размера, травление в полупроводниковой полуизолирующей подложке по нанесенной маске сквозных отверстий с положительным, вертикальным, или отрицательным наклоном стенок до расположенных на противоположной стороне металлических конструкций и металлизацию обратной стороны подложки. Металлизацию внутренней поверхности сквозных отверстий с отношением глубины отверстия к его диаметру h/D>3 осуществляют путем латерального (бокового) электрохимического заращивания внутренней поверхности отверстия металлической пленкой без нанесения адгезионных или затравочных слоев, используя электрохимическое осаждение металла из электролита с катодным потенциалом Uкb, где ϕb - высота барьера Шоттки в образующемся при электрохимическом осаждении контакте металл-полупроводник, с последующим электрохимическим утолщением металлической пленки. Изобретение обеспечивает получение сплошной и однородной по толщине металлизации внутренней поверхности сквозных отверстий. 3 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных полупроводниковых приборов (ПП) и монолитных интегральных схем (МИС) с использованием трехмерной (3D) интеграции посредством электрического соединения их металлических конструктивных элементов (контактных площадок, индуктивностей, обкладок конденсаторов, контактов стока и истока HEMT (High-Electron-Mobility Transistor) сквозными металлизированными отверстиями с обратными металлизированными сторонами полуизолирующих полупроводниковых подложек.

Известен способ металлизации внутренней поверхности сквозных отверстий с положительным наклоном стенок в полуизолирующих полупроводниковых подложках путем их магнетронного запыления металлизацией ванадий-никель Ni-V с последующим гальваническим утолщением золотом Au или медью Cu [1].

Недостатком известного способа является невозможность получать сплошные и однородные по толщине покрытия внутренних поверхностей сквозных отверстий в полуизолирующих полупроводниковых подложках с вертикальными стенками и с большими (>3) аспектными соотношениями (отношение глубины h отверстия к его диаметру D).

Наиболее близким аналогом – прототипом [2], является способ металлизации поверхности сквозных отверстий в полуизолирующих полупроводниковых подложках посредством химического осаждения пленок никеля Ni или палладия Pd.

Недостатком аналога, является то, что для отверстий с большим (>3) аспектным соотношением в большинстве случаев химическое осаждение металлических пленок никеля Ni или палладия Pd на внутреннюю поверхность стенок отверстий лимитируется диффузионными процессами подвода реагентов и отвода продуктов реакций в приповерхностных диффузионных слоях электролитов, что не позволяет воспроизводимо получать сплошную и однородную по толщине металлизацию внутренней поверхности сквозных отверстий.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель осуществляется за счет того, что в известном способе – аналоге, для нанесения металлических слоев на внутреннюю поверхность сквозных отверстий в полуизолирующих полупроводниковых подложках используется не химическое, а электрохимическое осаждение металлов.

Технический результат достигается за счет использования эффекта электрохимического заращивания металлом полуизолирующей полупроводниковой поверхности. Данный эффект проявляется в гальваностатическом режиме (при постоянной плотности тока Js) электрохимического осаждения металлов из некоторых электролитов с низким катодным потенциалом Uк<ϕ электрохимического осаждения, где ϕ≈ϕb - высота барьера Шоттки в образующемся при электрохимическом осаждении контакте металл-полупроводник.

Изобретение иллюстрируется рисунками.

Фиг. 1. Схема двухэлектродной электрохимической ячейки с платиновым Pt электродом.

Фиг. 2. Схематическое изображение основных технологических этапов одного из возможных вариантов предлагаемого способа металлизации сквозных отверстий с вертикальными стенками в полуизолирующей полупроводниковой подложке.

Фиг. 3. Электронно-микроскопическое изображение металлизированного отверстия в полуизолирующей подложке карбида кремния 4H-SiC глубиной 100 мкм с аспектным соотношением K=4 соединяющее исток GaN HEMT с обратной стороной металлизированной 4H-SiC подложки.

В известном способе, после формирования металлизации омических контактов истока или стока HEMT-транзистора и/или иных металлических конструктивных элементов МИС на лицевой стороне поверхности гетероструктуры полупроводниковой пластины, утонения с обратной стороны несущей полуизолирующей полупроводниковой подложки, травления по маске в ней отверстий до металлических стопслоев, или до вышеупомянутых металлических конструктивных элементов, на внутреннюю поверхность сквозных отверстий в гальваностатическом режиме осуществляют электрохимическое осаждение слоя металла при катодном потенциале Uкb с последующим его утолщением алюминием, золотом, или медью.

Например, при гальваностатическом режиме электрохимического осаждения палладия Pd из фосфатного электролита на полуизолирующую поверхность 4H-SiC при катодном потенциале Uк≈0.6 В (барьер Шоттки Pd/4H-SiC ϕb≈1.6 В [3]) происходит его латеральное разрастание и заращивание поверхности.

В этом случае закрывающая противоположный торец отверстия металлизация металлических стопслоев, омических контактов HEMT, или иных металлизированных конструктивных элементов МИС выступает в роли затравки, на которую в начале процесса электрохимически осаждаются зерна палладия Pd. Срастаясь, зерна Pd образуют пленку на вскрытых в отверстиях поверхностях металлизированных конструкций, которая, достигая внутренней полуизолирующей 4H-SiC поверхности отверстий, образует с ней контакт металл-полупроводник с барьером Шоттки (фиг. 1, область I) величиной ϕb≈1.6 В [3]. Согласно теории контакта Шоттки [4] в прилегающей к такому контакту участку поверхности возникает область объемного заряда (фиг. 1, область II, space charge). Согласно [4] разность потенциалов между металлом и окружающей его полупроводниковой поверхностью может достигать значений ϕ≈ϕb (фиг. 1, область II). В результате, в окружающей палладиевый контакт области электролита при наличии потока ионов палладия Pd+ (при протекании катодного тока Js) реализуются условия по катодному потенциалу Uкb пригодные для электрохимического осаждения Pd на прилегающую к контакту полупроводниковую поверхность, что приводит к его латеральному разрастанию в плоскости (x,y). Скорость латерального разрастания такой металлической пленки может в несколько раз превышать скорость её вертикального роста, так как полностью определяется условиями электрохимического осаждения Pd в области II (фиг. 1). Данный процесс не зависит от угла наклона стенок отверстия, что приводит к быстрому покрытию металлом его внутренней поверхности, как с положительным, так с вертикальным и даже с отрицательным наклоном (фиг. 1, область III, пунктирные стрелки).

В общем случае такой технологический процесс осаждения металла на полуизолирующую полупроводниковую поверхность в гальваностатическом режиме можно реализовать только для электролитов катодный потенциал Uк электрохимического осаждения металлов которых меньше ϕb. Для электролитов, Uк которых равен, или превышает ϕb такой процесс реализовать невозможно по причине того, что в области II фиг. 1 не реализуются условия по катодному потенциалу для протекания процессов электрохимического осаждения.

На фиг. 2 показаны ключевые моменты одного из возможных вариантов предлагаемого способа металлизации внутренней поверхности сквозного отверстия в полупроводниковой полуизолирующей подложке.

На фиг. 2, а) показано сечение полупроводниковой гетероструктуры, содержащей расположенные на контактном полупроводниковом слое 1 металлизацию омического контакта истока 2 с гальваническим утолщением 3 и металлизацию омического контакта стока 4 с гальваническим утолщением 5, расположенный в канале на барьерном слое 6 в окне диэлектрического слоя 7 полевой затвор Шоттки 8, пассивирующий лицевую сторону диэлектрический слой 9, полуизолирующую подложку 10, нанесенный на обратную сторону подложки диэлектрический слой 11 и маску 12, протравленное в полуизолирующей подложке по маске до металлизации омического контакта истока сквозное отверстие 13 диаметром D и глубиной h.

На фиг. 2, б) показано сечение описанной на фиг. 2, а полупроводниковой гетероструктуры после удаления с обратной стороны маски 12, нанесения на лицевую сторону химически стойкого лака (ХСЛ) 14, и электрохимическое заращивание пленкой палладия Pd 15 (показано стрелками) внутренней поверхности сквозного отверстия 13 в полуизолирующей подложке 10 с маскирующим слоем диэлектрика 11.

На фиг. 2, в) показано сечение описанной на фиг. 2, б полупроводниковой гетероструктуры после удаления с лицевой стороны лака ХСЛ 14 и удаления с обратной стороны маскирующего диэлектрика 11 с последующим напылением металлизации 16.

На фиг. 2, г) показано сечение описанной на фиг. 2, в полупроводниковой гетероструктуры после повторного нанесения на лицевую сторону лака ХСЛ 17 и электрохимического утолщения 18 металлизации поверхности отверстия 13 и металлизации обратной стороны подложки 16.

Пример: Технический результат использовался в технологическом процессе изготовления мощных нитридгаллиевых (AlGaN/GaN, или AlInN/GaN) мощных HEMT для электрического соединения контактов истока с металлизированной обратной стороной несущей 4H-SiC полуизолирующей полупроводниковой подложкой посредством металлизированных отверстий глубиной 100 мкм с большим аспектным соотношением K>4.

Изготовление мощного полевого транзистора, включало выделение активной области химическим, или физическим травлением, или имплантацией, создание омических контактов истока 2 и стока 4 на контактном слое полупроводниковой структуры с гальваническим утолщением 3 и 5, формирование Ni-Au затвора Шоттки 8 на барьерном слое 6 в окнах диэлектрика Si3N4 7, пассивацию поверхности диэлектриком Si3N4 9, утонение полуизолирующей подложки 4H-SiC 10 до толщины 100 мкм, нанесение на обратную сторону подложки маскирующего слоя SiO2 толщиной 0.3 мкм 11, нанесения маски на основе борида никеля NiB/Ni 12, химическое удаление слоя SiO2 в окнах маски 12, формирование по маске методом сухого физического травления со стороны подложки до контактов истока сквозных с вертикальными стенками отверстий 13 шириной 25 мкм и глубиной 100 мкм (аспектное соотношение K=h/D=4), нанесение защитного лака ХСЛ 14 на лицевую сторону структуры, отличающийся тем, что для металлизации внутренней поверхности сквозного отверстия 13 в полуизолирующей полупроводниковой подложке 4H-SiC 10 вместо химически осажденного адгезионного металлического подслоя Pd использовался электрохимически осажденный в гальваностатическом активационном режиме из фосфатного электролита подслой палладия Pd 15 толщиной 0.1 мкм. Процесс электрохимического осаждения палладия Pd из фосфатного электролита на внутреннюю полупроводниковую поверхность отверстия в полуизолирующей 4H-SiC подложке становился возможным при плотности тока 0.045 мА/см2 и катодном потенциале относительно платинового Pt-электрода Uк(Pt)≈-0.6 В (фиг. 1, область II). Напомним, что высота барьера Шоттки палладия Pd на 4H-SiC составляет приблизительно ϕb ≈1.6 эВ [3], что превышает значение Uк(Pt)≈-0.6 В и, как указывалось выше, создает необходимые условия для электрохимического осаждения Pd в области II на прилегающую к контакту поверхность и эффективного зарастания внутренней стороны отверстия. Окна в маскирующем слое SiO2 11 выполняют роль маски, обеспечивающей формирование ровного края входного торца отверстия 13. Затем лак ХСЛ 14 и маскирующий слой SiO2 11 удалялись, и осуществлялась металлизация обратной стороны подложки напылением металлизации V-Au 16. Затем лицевая поверхность пластины вновь защищалась лаком ХСЛ 17, и осуществлялось электрохимическое осаждение золота Au 18 толщиной 5 мкм. После этого лак ХСЛ 17 удалялся.

Таким образом, была достигнута поставленная цель и осуществлено электрическое соединение металлизированными с вертикальными стенками отверстиями глубиной 100 мкм с большим аспектным соотношением (фиг. 3) контактов истока нитрид-галлиевого HEMT с металлизированной обратной стороной полуизолирующей подложкой 4H-SiC.

Преимущество предлагаемого способа металлизации сквозных отверстий в полуизолирующих полупроводниковых подложках перед аналогом заключается в возможности получения сплошных и однородных по толщине покрытий поверхностей сквозных отверстий с большими аспектными соотношениями не только с положительным, но и с вертикальным, и даже с отрицательным наклоном стенок.

Использование электролитов способных в гальваностатических режимах при малых значениях катодных потенциалов Uкb, где ϕb – барьер Шоттки металла с полупроводником, осуществлять электрохимическое осаждение металлов не только на проводящие, но и на полуизолирующие полупроводниковые поверхности.

Активационный характер процессов происходящих в гальваностатических режимах электрохимического осаждения металлов при Uкb гарантирует воспроизводимо металлизировать узкие отверстия практически с любым аспектным соотношением. Скорости электрохимических реакций в активационных процессах определяются только энергиями их активаций и не зависят от диффузионных процессов подвода реагентов и отвода продуктов реакций.

Источники информации:

[1]. Patent US 7923842 B2, Int. Cl. H01L 23/48. GaAs integrated circuit device and method of attaching same / Shen H. (US), Ramanathan R. (US), Luo Q. (US), Warren R. W (US), Abdali U. K (US). – Appl. No 11/377,690; filed 03.16.2006; pub. date 04.12.2011.

[2]. US 2012/0153477 A1, Int. Cl. H01L 23/532, H01L 21/768. Method for metal plating and related devices / Shen H. (US). – Appl. No 12/972,119; filed 12.17.2010; pub. date 06.21.2012.

[3]. Porter L.M., Davis R.F. A critical review of ohmic and rectifying contacts for silicon carbide. Mat. Sci. Eng. B. B 34, N2–3. (1995) 83–105.

[4]. Н.А. Торхов. Влияние электростатического поля периферии на вентильный фотоэффект в контактах металл−полупроводник с барьером Шоттки. Физика и техника полупроводников. 52(10), (2018) 1150-1171.

Способ металлизации сквозных отверстий в полуизолирующей полупроводниковой подложке, включающий формирование на лицевой стороне поверхности полупроводниковой структуры металлических конструкций, утонение несущей полупроводниковой полуизолирующей подложки с обратной стороны, нанесение на нее маски с расположенными напротив металлических конструкций окнами заданной формы и размера, травление в полупроводниковой полуизолирующей подложке по нанесенной маске сквозных отверстий с положительным, вертикальным, или отрицательным наклоном стенок до расположенных на противоположной стороне металлических конструкций и металлизацию обратной стороны подложки, отличающийся тем, что металлизацию внутренней поверхности сквозных отверстий с отношением глубины отверстия к его диаметру h/D>3 осуществляют путем латерального (бокового) электрохимического заращивания внутренней поверхности отверстия металлической пленкой без нанесения адгезионных или затравочных слоев, используя электрохимическое осаждение металла из электролита с катодным потенциалом Uкb, где ϕb - высота барьера Шоттки в образующемся при электрохимическом осаждении контакте металл-полупроводник, с последующим электрохимическим утолщением металлической пленки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к изготовлению контактов с барьером Шоттки к арсениду галлия электрохимическим осаждением рутения.

Настоящее изобретение относится к жидкому составу для получения содержащих оксид индия слоев. Состав получают путем растворения по меньшей мере одного соединения алкоксида индия, которое может быть получено при помощи реакции тригалогенида индия InX3, где X=F, Cl, Br, I, с вторичным амином формулы R'2NH, где R'=C1-C10-алкил в молярном соотношении от 8:1 до 20:1 к тригалогениду индия в присутствии спирта общей формулы ROH, где R=C1-C10-алкил, по меньшей мере в одном растворителе, выбранном из группы, состоящей из первичных, вторичных, третичных и ароматических спиртов.

Изобретение относится к соединению алкоксида индия, которое получено путем реакции тригалогенида индия InX3, где X=F, Cl, Br, I, со вторичным амином формулы R'2NH, где R'=С1С10-алкил, в молярном соотношении от 8:1 до 20:1 по отношению к тригалогениду индия, в присутствии спирта общей формулы ROH, где R=С1С10-алкил.

Предоставлен полевой транзистор, содержащий электрод затвора, предназначенный для приложения напряжения затвора, электрод истока и электрод стока, оба из которых предназначены для вывода электрического тока, активный слой, образованный из оксидного полупроводника n-типа, предусмотренный в контакте с электродом истока и электродом стока, и изолирующий слой затвора, предусмотренный между электродом затвора и активным слоем, при этом работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более, а концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа составляет 4,0×1017 см-3 или более.

Изобретение относится к технологии обработки кремниевых монокристаллических пластин и может быть использовано для создания электронных структур на его основе. Способ электрической пассивации поверхности кремния тонкопленочным органическим покрытием из поликатионных молекул включает предварительную подготовку подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда, приготовление водного раствора поликатионных молекул, адсорбцию поликатионных молекул на подложку в течение 10-15 минут, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха, при этом в качестве подложки использован монокристаллический кремний со слоем туннельно прозрачного диоксида кремния, с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной создаваемого покрытия, предварительную подготовку кремниевой подложки проводят путем ее кипячения при 75°C в течение 10-15 минут в растворе NH4OH/H2O2/H2O в объемном соотношении 1/1/4, для приготовления водного раствора поликатионных молекул использован полиэтиленимин, а во время адсорбции поликатионных молекул на подложку осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 800-1000 лк, достаточной для изменения плотности заряда поверхности полупроводниковой структуры за время адсорбции.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении полупроводников. Композиция содержит по меньшей мере один источник меди и по меньшей мере одну добавку, получаемую путем реакции многоатомного спирта, содержащего по меньшей мере 5 гидроксильных функциональных групп, с по меньшей мере первым алкиленоксидом и вторым алкиленоксидом из смеси первого алкиленоксида и второго алкиленоксида.

Изобретение относится к технологии формирования медных дорожек на диэлектрических подложках. .
Изобретение относится к области электрохимиии, в частности к получению хромовых покрытий на полупроводниковых материалах, в частности на кремнии -n и -p типа и силицидах 3d-переходных металлов.

Изобретение относится к технологии производства электронной техники и касается нанесения активного диэлектрика или полупроводника на полупроводниковые подложки.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов Шоттки. .

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем с использованием трехмерной 3D-интеграции посредством электрического соединения их металлических конструктивных элементов сквозными металлизированными отверстиями с обратными металлизированными сторонами полуизолирующих полупроводниковых подложек. Способ металлизации внутренних поверхностей сквозных отверстий в полупроводниковых структурах включает формирование на лицевой стороне поверхности полупроводниковой структуры металлических конструкций, утонение с обратной стороны несущей полупроводниковой полуизолирующей подложки, нанесение на нее маски с расположенными напротив металлических конструкций окнами заданной формы и размера, травление в полупроводниковой полуизолирующей подложке по нанесенной маске сквозных отверстий с положительным, вертикальным, или отрицательным наклоном стенок до расположенных на противоположной стороне металлических конструкций и металлизацию обратной стороны подложки. Металлизацию внутренней поверхности сквозных отверстий с отношением глубины отверстия к его диаметру hD>3 осуществляют путем латерального электрохимического заращивания внутренней поверхности отверстия металлической пленкой без нанесения адгезионных или затравочных слоев, используя электрохимическое осаждение металла из электролита с катодным потенциалом Uк<ϕb, где ϕb - высота барьера Шоттки в образующемся при электрохимическом осаждении контакте металл-полупроводник, с последующим электрохимическим утолщением металлической пленки. Изобретение обеспечивает получение сплошной и однородной по толщине металлизации внутренней поверхности сквозных отверстий. 3 ил.

Наверх