CN101872744A - 一种硅衬底上制作化合物半导体mmic芯片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于半导体微波集成电路技术领域的一种在硅衬底上制造化合物半导体MMIC芯片的方法。利用三维对准光刻技术实现衬底背面图形的光刻，通过干法或湿法刻蚀，将圆片中各个MMIC芯片中部的硅衬底部分去除，保留MMIC芯片四周边缘处和压焊块下面的硅衬底，来维持进行后道减薄和划片封装工艺时所必须的机械强度。这有利于减小由于衬底耦合造成的功率损耗，提高硅衬底上制造化合物半导体MMIC的功率效率，同时降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体微波集成电路技术领域，特别涉及一种在硅衬底上制造化合物半导体MMIC芯片的方法。
背景技术
化合物半导体材料，比如GaAs，GaN，InP等，与硅材料相比具有更高的电子迁移率，或更宽的禁带宽度，可以用来制作超高速电路，可以应用在高电压、高温等极端条件，是继硅、锗之后的第二代半导体材料。用这些化合物半导体材料制作的器件截止频率和最高振荡频率可以达到数百千兆赫，被广泛地应用于微波与通信系统中。
在通信系统中，单片微波集成电路(MMIC)一直扮演着重要的角色。在当今微波的宽带和超宽带低噪声放大器和功率放大器中，III-V族化合物半导体材料制作的MMIC的性能也远远超过硅MMIC。
虽然化合物半导体MMIC的性能比用硅材料的优越，但仍然有些因素制约着它的发展。首先是材料的成本较高，由于硅在地表分布很广，丰富的硅资源使得在半导体材料中硅相比于化合物半导体来说更为廉价；另外，很重要的是这些化合物半导体材料在机械强度和热导率方面也逊色于硅。
为了解决这些矛盾，人们考虑在硅衬底上生长化合物半导体材料。由于硅衬底的价格只是同尺寸化合物材料衬底的1/5～1/10，在硅衬底上外延生长化合物半导体材料来制作器件可以大大降低成本。而且，硅片的直径已经达到300mm，未来将达到400mm，更有利于大批量生产。相比化合物材料来说，目前GaAs材料的衬底直径只有150mm，其他材料的就更小了。
在硅衬底上生长化合物半导体材料，通常的做法是先制作一个过渡层，再外延生长化合物半导体单晶。过渡层用来吸收由于晶格失配所产生的应力与缺陷，以及加工过程中由于热膨胀系数失配所产生的热应力，并为外延化合物单晶提供籽晶层。过渡层的厚度视所采用的工艺而定，一般为几百纳米至几微米。需要指出的是，这些技术目前尚在实验研究和评估阶段，还远没有达到生产的要求。
然而，硅作为衬底材料也会带来一个问题，就是制作高阻的硅衬底材料困难，成本高。对MMIC来说，如果衬底的电阻率不够高，衬底的耦合效应将使得大量的功率被衬底所耗散，而不能形成有用的微波功率传送出去，降低了MMIC的效率。与此相反，砷化镓等材料由于禁带宽度大于硅，并且容易制成半绝缘衬底，相应的MMIC的功率效率也要高于以硅为衬底的MMIC。
为了减小硅衬底上制作的化合物半导体MMIC的衬底耦合效应，本发明提出，将MMIC芯片中部的硅衬底从圆片的背面通过刻蚀的方法部分地去除掉，保留MMIC芯片四周边缘处和压焊块下面的硅衬底来维持芯片必要的机械强度的新的芯片结构。
发明内容
本发明的目的是提出一种硅衬底化合物半导体MMIC的芯片方法，其特征在于，具体工艺步骤如下：
1)在硅衬底上生长一层氧化硅；
2)在氧化硅层上通过光刻和刻蚀得到一个暴露出硅衬底的窗口；
3)在窗口内通过选择性外延生长过渡层和化合物单晶半导体材料；
4)将化合物单晶半导体材料制作成有源器件，也就是晶体管，并完成第一层金属的图形化；
5)生长一层层间介质和第二层金属图形化；
6)淀积钝化层，光刻刻蚀压焊块窗口；
7)背面光刻并刻蚀；
8)圆片减薄；
其中背面光刻并刻蚀是采用三维对准光刻技术，通过干法或湿法刻蚀将背面的图形与正面相对应图形对准的技术，此步骤是在正面所有工艺做完之后，尚未进行圆片减薄之前，正反面图形的对准是通过预先做好的对准标记实现的，其与正面图形的对准精度优于±2μm。
所述的干法刻蚀采用的是ICP方法即电感耦合等离子体刻蚀方法，湿法刻蚀采用硅材料的常规碱性腐蚀液，湿法刻蚀前，先将圆片的正面用塑料胶膜或涂覆保护胶的方式保护起来，通过圆片背面的光刻图形，对硅衬底材料进行刻蚀。
本发明的有益效果是应用于以硅为衬底的化合物半导体MMIC的制备工艺，通过对背面进行光刻和刻蚀，将MMIC芯片中部的硅衬底部分地去除掉，可以减少硅衬底耦合所造成的功率损失，MMIC的功率效率可与半绝缘衬底的化合物半导体MMIC相当，芯片由于保留了四周边缘处和压焊块下面的硅衬底，保证了其机械强度，不会因为元件区域过薄而在加工过程中出现损伤，同时大大降低了成本。
附图说明
图1硅衬底上化合物半导体MMIC芯片的工艺流程框图。
图2硅衬底上化合物半导体MMIC芯片的工艺流程示意图。
图3硅衬底上化合物半导体MMIC圆片示意图，a为MMIC圆片的背面芯片结构图，b为A部放大图；
示意图。
图2中，1-是硅衬底；2-是氧化硅介质层；3-是用于硅衬底上外延化合物半导体的过渡层；4-是外延的化合物单晶半导体材料；5-是化合物半导体有源器件；6-是第一层金属；7-是层间介质；8-是第二层金属；9-是钝化层；10-压焊块窗口。
具体实施方式
本发明提出了一种用于硅衬底上化合物半导体MMIC的方法，下面结合具体实施例对本发明予以说明。
图1、图2是硅衬底上化合物半导体MMIC芯片结构的工艺流程示意图：
在图1中，虚线箭头表示其上或下还有其他工艺连接，为了简明扼要并没有列出来。直角框表示的是一般硅衬底上化合物半导体MMIC工艺，圆角框表示的是本发明所添加的工艺，就是背面光刻并刻蚀是采用三维对准光刻技术，通过干法或湿法刻蚀将背面的图形与正面相对应图形对准的技术，此步骤是在正面所有工艺做完之后，尚未进行圆片减薄之前，正反面图形的对准是通过预先做好的对准标记实现的，其与正面图形的对准精度优于±2μm。
在图2中
1)在硅衬底1上生长一层氧化硅2；
2)在氧化硅2上通过光刻和刻蚀得到一个暴露出硅衬底1的窗口；
3)在窗口内通过选择性外延生长过渡层3和化合物单晶半导体材料4；
4)将化合物单晶半导体材料4制作成有源器件5，也就是晶体管，并完成第一层金属6的图形化；
5)生长一层层间介质7和第二层金属8图形化；
6)淀积钝化层9，光刻刻蚀压焊块窗口10；
7)背面光刻并刻蚀；
8)圆片减薄；
实施例一
一种用干法在硅衬底上制备化合物半导体MMIC结构的工艺，其工艺步骤包括：
第一步，在硅衬底表面淀积氧化硅，厚度300-2000nm。
第二步，在氧化硅上通过光刻和刻蚀得到暴露出硅衬底的窗口，用于进行有源器件的材料生长。
第三步，在窗口内通过选择性外延生长过渡层和化合物单晶半导体材料，外延层的总厚度与氧化层厚度相同。
第四步，在化合物单晶半导体材料制作成有源器件，也就是晶体管，并完成第一层金属的图形化，第一层金属实现了晶体管的功能化，并用来做螺旋电感和电容的下电极，以及互联用的微带线。
第五步，淀积一层层间介质，介质层厚度400-1000nm，并完成第二层金属图形化，第二层金属通过通孔与第一层金属相连，并可以用来制作螺旋电感和电容，互联用的微带线和压焊块。
第六步，淀积一层钝化层，厚度4000-8000nm，光刻和刻蚀压焊块窗口。
第七步，背面光刻，采用ICP方法对圆片背面进行干法刻蚀，主刻蚀剂为卤化物，采用刻硅程序，气体种类与流量视设备而定，刻蚀深度与硅衬底的厚度有关，也与芯片尺寸有关，需要留有5,000-30,000nm厚度的硅。
第八步，圆片减薄至60,000-150,000nm。如图3所示的硅衬底上化合物半导体MMIC圆片示意图，a为MMIC圆片的背面芯片结构图，b为A部放大图。
实施例二
一种用湿法刻蚀在硅衬底上制备化合物半导体MMIC结构的工艺，其工艺步骤包括：
第一步，在硅衬底表面淀积氧化硅，厚度300-2000nm。
第二步，在氧化硅上通过光刻和刻蚀得到暴露出硅衬底的窗口，用于进行有源器件的材料生长。
第三步，在窗口内通过选择性外延生长过渡层和化合物单晶半导体材料，外延层的总厚度与氧化层厚度相同。
第四步，在化合物单晶半导体材料制作成有源器件，也就是晶体管，并完成第一层金属的图形化，第一层金属实现了晶体管的功能化，并用来做螺旋电感和电容的下电极，以及互联用的微带线。
第五步，淀积一层层间介质，介质层厚度400-1000nm，并完成第二层金属图形化，第二层金属通过通孔与第一层金属相连，并可以用来制作螺旋电感和电容，互联用的微带线和压焊块。
第六步，淀积一层钝化层，厚度4000-8000nm，光刻和刻蚀压焊块窗口。
第七步，背面光刻，将圆片正面用塑料胶膜保护起来，或者涂覆一层保护胶。
第八步，采用KOH腐蚀液对硅衬底进行湿法刻蚀，刻蚀深度与硅衬底的厚度有关，也与芯片尺寸有关，需要留有5,000-30,000nm厚度的硅。需要注意的是，采用湿法要在版图设计时考虑侧向腐蚀。
第九步，圆片减薄至60,000-150,000nm。如图3所示的硅衬底上化合物半导体MMIC圆片示意图，a为MMIC圆片的背面芯片结构图，b为A部放大图。
Claims (2)
1.一种硅衬底化合物半导体MMIC的芯片方法，其特征在于，具体工艺步骤如下：
1)在硅衬底上生长一层氧化硅；
2)在氧化硅层上通过光刻和刻蚀得到一个暴露出硅衬底的窗口；
3)在窗口内通过选择性外延生长过渡层和化合物单晶半导体材料；
4)将化合物单晶半导体材料制作成有源器件，也就是晶体管，并完成第一层金属的图形化；
5)生长一层层间介质和第二层金属图形化；
6)淀积钝化层，光刻刻蚀压焊块窗口；
7)背面光刻并刻蚀；
8)圆片减薄；
其中背面光刻并刻蚀是采用三维对准光刻技术，通过干法或湿法刻蚀将背面的图形与正面相对应图形对准的技术，此步骤是在正面所有工艺做完之后，尚未进行圆片减薄之前，正反面图形的对准是通过预先做好的对准标记实现的，其与正面图形的对准精度优于±2μm。
2.根据权利要求1所述一种硅衬底化合物半导体MMIC的芯片方法，其特征在于，所述的干法刻蚀采用的是电感耦合等离子体刻蚀方法，湿法刻蚀采用硅材料的常规碱性腐蚀液，湿法刻蚀前，先将圆片的正面用塑料胶膜或涂覆保护胶的方式保护起来，通过圆片背面的光刻图形，对硅衬底材料进行刻蚀。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102344113A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-02-08 | 上海先进半导体制造股份有限公司 | 带金属敏感夹层的器件深槽刻蚀方法 |
| CN102509721A (zh) * | 2011-11-23 | 2012-06-20 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制作磷化铟单片微波集成电路的方法 |
| CN109314133A (zh) * | 2016-06-30 | 2019-02-05 | 英特尔公司 | 具有后道晶体管的集成电路管芯 |
| CN109417266A (zh) * | 2016-05-11 | 2019-03-01 | 斯考皮欧技术有限公司 | 硅光子学中的iii-v芯片制备和集成 |
| CN110600414A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-12-20 | 中国科学院微电子研究所 | 晶圆异构对准方法及装置 |
| CN111952152A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-17 | 安徽华东光电技术研究所有限公司 | 裸芯片封装方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2684597B2 (ja) * | 1995-03-17 | 1997-12-03 | 株式会社ミリウェイブ | 半導体装置の製造方法 |
| CN101371332A (zh) * | 2006-01-13 | 2009-02-18 | 国际商业机器公司 | 低电阻和电感的背面通孔及其制造方法 |
| CN101399195A (zh) * | 2007-09-26 | 2009-04-01 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 晶圆背面减薄方法 |
-
2010
- 2010-06-03 CN CN 201010191071 patent/CN101872744B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2684597B2 (ja) * | 1995-03-17 | 1997-12-03 | 株式会社ミリウェイブ | 半導体装置の製造方法 |
| CN101371332A (zh) * | 2006-01-13 | 2009-02-18 | 国际商业机器公司 | 低电阻和电感的背面通孔及其制造方法 |
| CN101399195A (zh) * | 2007-09-26 | 2009-04-01 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 晶圆背面减薄方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102344113A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-02-08 | 上海先进半导体制造股份有限公司 | 带金属敏感夹层的器件深槽刻蚀方法 |
| CN102344113B (zh) * | 2011-09-08 | 2014-03-12 | 上海先进半导体制造股份有限公司 | 带金属敏感夹层的器件深槽刻蚀方法 |
| CN102509721A (zh) * | 2011-11-23 | 2012-06-20 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制作磷化铟单片微波集成电路的方法 |
| CN109417266A (zh) * | 2016-05-11 | 2019-03-01 | 斯考皮欧技术有限公司 | 硅光子学中的iii-v芯片制备和集成 |
| CN109417266B (zh) * | 2016-05-11 | 2021-05-07 | 斯考皮欧技术有限公司 | 硅光子学中的iii-v芯片制备和集成 |
| CN109314133A (zh) * | 2016-06-30 | 2019-02-05 | 英特尔公司 | 具有后道晶体管的集成电路管芯 |
| CN110600414A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-12-20 | 中国科学院微电子研究所 | 晶圆异构对准方法及装置 |
| CN111952152A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-17 | 安徽华东光电技术研究所有限公司 | 裸芯片封装方法 |
| CN111952152B (zh) * | 2020-08-04 | 2023-06-06 | 安徽华东光电技术研究所有限公司 | 裸芯片封装方法 |
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