CN102623336B - 一种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，应用于GaAs pHEMT功率器件与电路半导体工艺中的后道工艺，该方法采用减薄研磨工艺降低衬底的厚度，采用纳米抛光液对外延结构的衬底进行化学机械抛光，采用溅射钛/镍合金的方法制作掩膜，使用ICP工艺进行深背孔刻蚀，采用减薄工艺制备出了厚度超薄、抛光面形貌优良的衬底，并配合ICP刻蚀工艺，制作出侧壁光滑的深孔结构；采用溅射钛/钨/金复合层金属的方法形成背金起镀层，之后电镀金形成背面金属，降低背面接地电阻，同时大大改善了电路的散热问题。

Description

一种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法
技术领域
本发明涉及微电子工艺技术领域，尤其涉及一种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法。
背景技术
砷化镓基微波单片集成电路(GaAs MMIC)，是在半绝缘的砷化镓衬底上通过一系列诸如蒸发、外延生长和腐蚀等半导体工艺制备出无源和有源器件，并连接起来构成应用于微波/毫米波频段的功能电路。GaAs MMIC能实现几乎所有1GHz至100GHz通信模块中的功能，如功率放大器、低噪声放大器、衰减器、移相器、微波开关VCO以及混频器等，其经过近四十年的迅速发展，已经成为军用、民用通信领域的关键组件之一。
在所有这些应用中，砷化镓基微波单片集成功率放大器电路从它的诞生起一直占据着不可动摇的主导地位：在个人语音和无线数据通信，特别是手机应用方面，GaAs基的FET、HBT MMIC功率放大器电路由于其低成本和高效率，具有较大的优势；而在雷达、卫星和毫米波应用等高端市场应用方面，GaAs pHEMT MMIC功率放大器以其成熟的工艺，极高的可靠性，也一直是这些领域的首选组件。而随着这些应用领域的进一步发展，更高集成度、更大输出功率、更好的线性度以及更高效率继续成为砷化镓基微波单片集成功率放大器电路的发展趋势和动力。
基于GaAs基PHEMT的X波段(8-12GHz)这一频率范围，主要应用领域包括雷达应用、军用通信卫星、空间通信以及交通检测等等，这些领域的应用都需要大量高性能、高集成度和低成本的功率放大器，尤其是其中X波段的相控阵雷达的应用。在砷化镓集成电路的可靠性实验当中，大多数样品均出现一段时间内器件热阻随时间减小的现象，这是由于较高的试验温度使芯片与管壳之间的接触应力有所改善。对于功率FET，热阻是一个重要的参数，当器件处于同一功耗和外部环境时，热阻小就可以减小沟道温度，提高器件正常使用状态的可靠性。而通过背面减薄、通孔、电镀等工艺，减小了器件热阻，可以有效地提高功率器件与电路的可靠性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的是提供一种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，以实现稳定可靠的GaAs pHEMT功率器件与电路背面后道工艺。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，该方法采用减薄研磨工艺降低衬底的厚度，采用纳米抛光液对外延结构的衬底进行化学机械抛光，采用溅射钛/镍合金的方法制作掩膜，使用ICP工艺进行深背孔刻蚀，采用减薄工艺制备出了厚度超薄、抛光面形貌优良的衬底，并配合ICP刻蚀工艺，制作出侧壁光滑的深孔结构；采用溅射钛/钨/金复合层金属的方法形成背金起镀层，之后电镀金形成背面金属；其中，该方法采用5层叠层结构，该5层叠层结构是使用不同熔点、不同柔韧度的高温石蜡和低温石蜡将砷化镓衬底、蓝宝石双面抛光片和磨砂玻璃基板依次黏合在一起。
上述方案中，所述采用减薄研磨工艺降低衬底的厚度，是采用9μm氧化铝微粉配合玻璃磨盘对衬底进行减薄。
上述方案中，所述采用纳米抛光液对外延结构的衬底进行化学机械抛光，是采用背面抛光工艺，使用CMP对衬底进行抛光，使用聚氨基甲酸乙酯树脂作为抛光盘。
上述方案中，所述使用ICP工艺进行深背孔刻蚀，是使用基于氯气Cl2和三氯甲烷CHCl3混合气体的ICP干法刻蚀工艺进行背面刻蚀。
上述方案中，所述采用溅射钛/钨/金复合层金属的方法形成背金起镀层，是在Ti/Ni合金层上光刻电镀图形，磁控溅射Ti/W/Au起镀层，Ti金属层的厚度为100～150W金属层的厚度为350～550Au金属层的厚度为500～1000
上述方案中，所述电镀金形成背面金属，是在起镀层Ti/W/Au金属上光刻电镀用图形，电镀Au，厚度3～5μm，并超声剥离出背面金属结构。
上述方案中，该方法在电镀金形成背面金属之后还包括：融化高温石蜡，分离5层结构中的蓝宝石双面抛光片和GaAs衬底，然后清洗、划片和封装，完成砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，在实际应用中可以实现稳定可靠的GaAs pHEMT功率器件与电路背面后道工序，成功将背面减薄到70um以下，并获得良好的背面通孔侧壁，同时良好的背面金属结构极大的降低串联电阻以及热阻。
2、本发明提供的这种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，表现出高可靠性、低成本、加工简单和装配方便等特点，是在完成GaA spHEMT功率器件与电路研制过程中形成的新的背面后道工艺。
附图说明
图1是本发明提供的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法的工艺流程图；
图2是本发明使用熔点不同的、柔韧度不同的石蜡将衬底与蓝宝石双面抛光片以及磨砂玻璃基板黏合在一起的示意图；
图3是本发明融化低温石蜡分离5层结构中的磨砂玻璃基板的示意图；
图4是本发明采用电子束蒸发工艺在衬底抛光面制作Ti/Ni合金掩膜层的示意图；
图5是本发明在Ti/Ni合金层上光刻刻蚀图形的示意图；
图6是本发明酸腐蚀Ti/Ni合金层的示意图；
图7是本发明使用ICP工艺对GaAs衬底和衬底正面生长的外延层刻蚀的示意图；
图8是本发明在Ti/Ni合金层上光刻电镀图形磁控溅射Ti/W/Au起镀层的示意图；
图9是本发明超声剥离出背面金属结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，应用于GaAs pHEMT功率器件与电路半导体工艺中的后道工艺，采用减薄研磨工艺降低衬底的厚度，采用纳米抛光液对外延结构的衬底进行化学机械抛光，采用溅射钛/镍合金的方法制作掩膜，使用ICP工艺进行深背孔刻蚀，采用减薄工艺制备出了厚度超薄、抛光面形貌优良的衬底，并配合ICP刻蚀工艺，制作出侧壁光滑的深孔结构；采用溅射钛/钨/金复合层金属的方法形成背金起镀层，之后电镀金形成背面金属。
如图1所示，图1是本发明提供的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法的工艺流程图，包括以下步骤：
步骤1：在GaAs衬底外延层正面上制作功率器件与电路，包括：正面管芯单元结构、布线、空气桥结构、电容、电阻匹配网络等；
步骤2：在GaAs衬底正面涂敷光刻胶膜保护电路结构；
步骤3：采用5层叠层结构，使用熔点不同的、柔韧度不同的石蜡将所述衬底与蓝宝石双面抛光片以及磨砂玻璃基板黏合在一起(如图2所示)；
步骤4：使用9μm氧化铝微粉(AI2O3又称刚玉)配合特种玻璃磨盘对衬底进行减薄，减薄完毕时衬底最终厚度＜100μm，表面粗糙度Ra＜500
步骤5：使用CMP对衬底进行抛光，CMP主要成分为纳米硅胶(5％～12％)，次氯酸盐(0.03％～0.8％)，双氧水(1.5％～5％)，PH调节剂(0.1％～0.6％)，冷却剂(0.02％～0.1％)，DI水(85％～98％)，使用聚氨基甲酸乙酯树脂作为抛光盘，抛光完毕后衬底厚度＜70μm，表面粗糙度Ra＜10
步骤6：融化低温石蜡，分离5层结构中的磨砂玻璃基板(如图3所示)，采用电子束蒸发工艺，在衬底抛光面制作Ti/Ni合金掩膜层(如图4所示)，膜层合金比例Ti∶Ni＝1∶4，厚度2μm；
步骤7：在Ti/Ni合金层上光刻刻蚀图形(如图5所示)，酸腐蚀Ti/Ni合金层(如图6所示)；
步骤8：使用ICP工艺，用氯气(Cl2)和三氯甲烷(CHCl3)混合气体将GaAs衬底和衬底正面生长的外延层完全刻蚀干净，刻蚀深度70～72μm(如图7所示)；
步骤9：在Ti/Ni合金层上光刻电镀图形，磁控溅射Ti/W/Au起镀层(如图8所示)，Ti金属层的厚度为100～150W金属层的厚度为350～550Au金属层的厚度为500～1000
步骤10：在起镀层Ti/W/Au金属上光刻电镀用图形；
步骤11：电镀Au，厚度3～5μm，超声剥离出背面金属结构(如图9所示)；
步骤12：融化高温石蜡，分离5层结构中的蓝宝石双面抛光片和GaAs衬底，清洗，划片，封装；至此，所有步骤完成。
本发明提供的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，可以有效完成GaAs pHEMT功率器件与电路的背面减薄、通孔和背面金属化等步骤，成功的将GaAs衬底减薄至70um以下，并获得良好的背面通孔侧壁，同时良好的背面金属结构极大的降低串联电阻以及热阻。该工艺表现出低成本，高可靠性的特点，是在完成GaAspHEMT功率器件与电路制作过程中新的后道工艺。
本发明提供的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，引入了5层叠层式平整固定方法，大大改善了对衬底减薄厚度均匀性的控制，同时避免了减薄过程累计损伤导致的晶片碎裂，将减薄厚度提高到了新水平，到达了70um以下，提高了可操作性，CMP工艺的引入降低了衬底表面粗糙度，使得金属掩膜的粘附性和形貌大大改善，降低了刻蚀带来的损伤，降低了ICP工艺难度，提高了ICP刻蚀的效果，使背金电镀的可靠性有显著的提高。后道系统中各个工艺互相配合，制作了高可靠性的散热结构，减小了热阻带来的退化效应，设计中单管特征参数得到最大的保留，实现了工作于X波段的MMIC功率放大器电路。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，其特征在于，该方法采用减薄研磨工艺降低衬底的厚度，采用纳米抛光液对外延结构的衬底进行化学机械抛光，采用溅射钛/镍合金的方法制作掩膜，使用ICP工艺进行深背孔刻蚀，采用减薄工艺制备出了厚度超薄、抛光面形貌优良的衬底，并配合ICP刻蚀工艺，制作出侧壁光滑的深孔结构；采用溅射钛/钨/金复合层金属的方法形成背金起镀层，之后电镀金形成背面金属；
其中，该方法采用5层叠层结构，该5层叠层结构是使用不同熔点、不同柔韧度的高温石蜡和低温石蜡将砷化镓衬底、蓝宝石双面抛光片和磨砂玻璃基板依次黏合在一起。
2.根据权利要求1所述的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，其特征在于，所述采用减薄研磨工艺降低衬底的厚度，是采用9μm氧化铝微粉配合玻璃磨盘对衬底进行减薄。
3.根据权利要求1所述的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，其特征在于，所述采用纳米抛光液对外延结构的衬底进行化学机械抛光，是采用背面抛光工艺，使用CMP对衬底进行抛光，使用聚氨基甲酸乙酯树脂作为抛光盘。
4.根据权利要求1所述的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，其特征在于，所述使用ICP工艺进行深背孔刻蚀，是使用基于氯气Cl2和三氯甲烷CHCl3混合气体的ICP干法刻蚀工艺进行背面刻蚀。
5.根据权利要求1所述的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，其特征在于，所述采用溅射钛/钨/金复合层金属的方法形成背金起镀层，是在Ti/Ni合金层上光刻电镀图形，磁控溅射Ti/W/Au起镀层，Ti金属层的厚度为100～150W金属层的厚度为350～550Au金属层的厚度为500～1000
6.根据权利要求1所述的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，其特征在于，所述电镀金形成背面金属，是在起镀层Ti/W/Au金属上光刻电镀用图形，电镀Au，厚度3～5μm，并超声剥离出背面金属结构。
7.根据权利要求1所述的砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作方法，其特征在于，该方法在电镀金形成背面金属之后还包括：
融化高温石蜡，分离5层结构中的蓝宝石双面抛光片和GaAs衬底，然后清洗、划片和封装，完成砷化镓基微波单片集成电路功率器件的制作。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226084A (zh) * 2015-09-25 2016-01-06 江苏中科晶元信息材料有限公司 半绝缘双面抛光微波晶片
CN108417480A (zh) * 2018-03-16 2018-08-17 成都海威华芯科技有限公司 一种降低晶圆研磨正面损伤方法
CN111180314A (zh) * 2020-01-16 2020-05-19 中国科学院微电子研究所 一种氧化镓基场效应管的工艺改进方法
CN111613668B (zh) * 2020-06-02 2023-01-03 华南师范大学 增强型GaN基MIS-HEMT器件及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5350662A (en) * 1992-03-26 1994-09-27 Hughes Aircraft Company Maskless process for forming refractory metal layer in via holes of GaAs chips
CN1469459A (zh) * 2003-04-30 2004-01-21 东莞市福地电子材料有限公司 一种纳米级蓝宝石衬底的加工方法及其专用抛光液
CN1647254A (zh) * 2002-04-09 2005-07-27 优利讯美国有限公司 用于蚀刻通孔的改进方法
CN101226891A (zh) * 2008-02-01 2008-07-23 中国电子科技集团公司第五十五研究所 形成氮化镓器件和电路中接地通孔的方法
CN101442071A (zh) * 2008-12-18 2009-05-27 中国科学院微电子研究所 氮化镓基场效应管及其制备方法
CN101719471A (zh) * 2009-12-11 2010-06-02 四川龙瑞微电子有限公司 场效应晶体管制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5350662A (en) * 1992-03-26 1994-09-27 Hughes Aircraft Company Maskless process for forming refractory metal layer in via holes of GaAs chips
CN1647254A (zh) * 2002-04-09 2005-07-27 优利讯美国有限公司 用于蚀刻通孔的改进方法
CN1469459A (zh) * 2003-04-30 2004-01-21 东莞市福地电子材料有限公司 一种纳米级蓝宝石衬底的加工方法及其专用抛光液
CN101226891A (zh) * 2008-02-01 2008-07-23 中国电子科技集团公司第五十五研究所 形成氮化镓器件和电路中接地通孔的方法
CN101442071A (zh) * 2008-12-18 2009-05-27 中国科学院微电子研究所 氮化镓基场效应管及其制备方法
CN101719471A (zh) * 2009-12-11 2010-06-02 四川龙瑞微电子有限公司 场效应晶体管制造方法

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