СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛОСТИ В ПОДЛОЖКЕ ИЗ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
METHOD OF FORMING CAVITY IN GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано, в частности, в технологии изготовления полупроводниковых СВЧ приборов.
Известны полупроводниковые приборы, содержащие подложку из арсенида галлия и сформированные на подложке элементы электрической схемы. При изготовлении указанных приборов возникает необходимость выполнения в подложке полостей различного функционального назначения, имеющих различную форму.
Формирование указанных полостей осуществляют, в частности, путем химического травления.
Для травления арсенида галлия широко используются композиции, которые готовят путем смешения концентрированного водного раствора фосфорной кислоты и концентрированного водного раствора перекиси водорода с водой.
Так, известен описанный в [JP63158841] способ формирования полости в подложке из арсенида галлия, входящей в состав полупроводникового прибора.
Согласно данному способу формируют в подложке со стороны расположения на ней элементов электрической схемы полости методом химического травления. При этом для травления используют разбавленную водную композицию, полученную путем смешения водного раствора фосфорной кислоты с концентрацией 85 масс. % и водного раствора перекиси водорода с концентрацией 30 масс. %, взятых в соотношении не более 2,3, с водой, взятой в количестве не менее 50%.
Указанный способ позволяет сформировать в подложке из арсенида галлия полости с вертикально ориентированными стенками.
Однако рассматриваемый способ не предназначен для получения в подложке из арсенида галлия полостей, имеющих сужающуюся по толщине подложки форму.
Между тем, существует необходимость получения в подложке из арсенида галлия полостей, в частности, сквозных отверстий, имеющих сужающуюся по толщине подложки формы. Так, например, при изготовлении СВЧ-приборов для заземления элементов электрической схемы под ними в подложке из арсенида галлия с тыльной ее стороны необходимо формировать отверстия конусообразного вида с последующим запылением данных отверстий и подложки металлом. За счет наклонного расположения стенок в отверстиях, имеющих сужающуюся форму, обеспечивается возможность напыления и удержания металла на поверхности стенок (в отличие от отверстий, имеющих вертикальные стенки).
Известен описанный в [JP6326075] способ формирования полости в подложке из арсенида галлия, входящей в состав полупроводникового прибора, выбранный авторами в качестве ближайшего аналога.
Согласно данному способу формирование в подложке из арсенида галлия полости, имеющей сужающуюся по толщине подложки форму, осуществляют методом химического травления. Процесс травления осуществляют в две стадии. На первой стадии травления используют разбавленную водой композицию, полученную путем смешения 3 объемов водного раствора фосфорной кислоты с концентрацией 85 масс.% и 4 объемов водного раствора перекиси водорода с концентрацией 30 масс.% с 1 объемом воды. По окончании первой стадии получают в подложке полость сужающейся формы, имеющую недостаточно ровную поверхность стенок. С целью улучшения качества поверхности стенок полости осуществляют вторую стадию травления, в частности, с использованием сильно разбавленной водой композиции, полученной путем смешения 4 объемов водного раствора фосфорной кислоты с концентрацией 85 масс.% и 1 объема водного раствора перекиси водорода с концентрацией 30 масс.% с 80 объемами воды.
Указанный способ позволяет сформировать в подложке из арсенида галлия полость сужающейся по толщине подложки формы.
Однако данный способ является сложным, поскольку процесс травления осуществляется в две стадии с использованием композиций разного состава.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение способа.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе формирования методом химического травления в подложке из арсенида галлия, входящей в состав полупроводникового прибора, полости, имеющей сужающуюся по толщине подложки форму, содержащем стадию травления, на которой в качестве травителя используют композицию, включающую водный раствор фосфорной кислоты с концентрацией не менее 80 масс.% и водный раствор перекиси водорода с концентрацией не менее 30 масс.%, согласно изобретению химическое травление осуществляют в одну стадию с использованием в качестве травителя композиции, полученной путем смешения указанного водного раствора фосфорной кислоты и указанного водного раствора перекиси водорода при их объемном соотношении 2:3.
Особенностью заявляемого способа является то, формирование в подложке из арсенида галлия полости (сквозного отверстия), имеющей сужающуюся по толщине подложки форму, осуществляют путем химического травления с использованием не разбавленной водой композиции, включающей концентрированный водный раствор фосфорной кислоты и концентрированный водный раствор перекиси водорода при указанном выше объемном соотношении. При этом процесс травления осуществляют в одну стадию.
Как показали эксперименты, качественный и количественный состав композиции обеспечивает такую скорость травления и такое соотношение ее горизонтальной и вертикальной составляющих, при которых в результате химического травления в подложке из арсенида галлия получают полость (отверстие) сужающейся по толщине подложки формы с ровной поверхностью стенок, при этом отсутствует необходимость проведения последующих стадий травления с целью улучшения качества поверхности стенок полости.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является упрощение способа за счет проведения процесса химического травления подложки в одну стадию с использованием композиции неизменного состава.
Способ осуществляют следующим образом.
В подложке из арсенида галлия, входящей в состав полупроводникового прибора, включающего выращенные на указанной подложке полупроводниковые эпитаксиальные слои, на которых сформированы элементы электрической схемы, формируют методом химического травления полость, имеющую сужающуюся по толщине подложки форму, в частности, формируют сквозное отверстие. Для этого на поверхности подложки, в частности, с тыльной ее стороны, с помощью фоторезистивной маски формируют рисунок входного отверстия полости, которое будут вытравливать. Погружают изготавливаемый прибор в реакционную камеру, заполненную композицией, приготовленной путем смешивания водного раствора фосфорной кислоты с концентрацией не менее 80 масс.% и водного раствора перекиси водорода с концентрацией не менее 30 масс.% при их объемном соотношении 2:3.
Процесс травления ведут при комнатной температуре, при этом осуществляют перемешивание композиции и ее барбатирование азотом.
Об окончании процесса судят визуально с помощью микроскопа. В частности, процесс ведут до получения сквозного отверстия в подложке.
Возможность реализации способа показана в примерах конкретного выполнения.
Пример 1.
В полупроводниковом СВЧ-приборе, содержащем подложку толщиной 120 мкм из арсенида галлия и выращенные на ней полупроводниковые эпитаксиальные слои, на которых сформированы элементы интегральных схем и дискретных приборов, осуществляли формирование в подложке методом химического травления сквозных отверстий, расположенных под частью указанных элементов с целью последующего обеспечения их заземления. Для этого на поверхности подложки, с тыльной ее стороны, с помощью фоторезистивной маски с отверстиями диаметром 50 микрон формировали рисунок вытравливаемых отверстий. Погружали изготавливаемый прибор в реакционную камеру, заполненную композицией, приготовленной путем смешивания водного раствора фосфорной кислоты с концентрацией 85 масс.% марки ОСЧ и водного раствора перекиси водорода с концентрацией 35 масс.% марки ОСЧ при их объемном соотношении 2:3.
Процесс травления вели при комнатной температуре при перемешивании композиции и ее барбатировании азотом.
Скорость травления составляла около 3 мкм/мин.
Процесс вели до получения сквозных отверстий.
Об окончании процесса судили визуально с помощью микроскопа.
Время травления составило около 40 мин.
В результате травления получили сквозные отверстия конусообразной формы, входной диаметр (с тыльной стороны подложки) которых составил около 170 мкм, а выходной диаметр (с лицевой стороны подложки) составил около 70 мкм.
Пример 2.
В полупроводниковом СВЧ-приборе, содержащем подложку толщиной 100 мкм из арсенида галлия и выращенные на ней полупроводниковые эпитаксиальные слои, на которых сформированы элементы интегральных схем и дискретных приборов, осуществляли формирование в подложке методом химического травления сквозных отверстий, расположенных под частью указанных элементов с целью последующего обеспечения их заземления. Для этого на поверхности подложки, с тыльной ее стороны, с помощью фоторезистивной маски с отверстиями диаметром 50 микрон формировали требуемый рисунок вытравливаемых отверстий. Погружали изготавливаемый прибор в реакционную камеру, заполненную композицией, приготовленной путем смешивания водного раствора фосфорной кислоты с концентрацией 80 масс.% марки ОСЧ и водного раствора перекиси водорода с концентрацией 30 масс.% марки ОСЧ при их объемном соотношении 2:3.
Процесс травления вели при комнатной температуре при перемешивании композиции и ее барбатировании азотом.
Скорость травления составляла около 4 мкм/мин.
Процесс вели до получения сквозных отверстий.
Об окончании процесса судили визуально с помощью микроскопа.
Время травления составило около 35 мин.
В результате травления получили сквозное отверстие конусообразной формы, входной диаметр (с тыльной стороны подложки) которого составил около 150 мкм, а выходной диаметр (с лицевой стороны подложки) составил около 60 мкм.