CN109300892B - 基于键合转移的超大功率限幅器mmic及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC及制备方法，制备方法包括：在Si晶圆片正面刻蚀出PIN台面结构和上电极；在Si圆片正面旋涂粘附剂；将Si晶圆片与临时载片正面相对键合；将Si圆片衬底减薄；在Si晶圆片背面制备下电极；清洗以临时衬底为支撑的PIN结构薄层和已完成外围电路制备的SiC衬底；将以临时衬底为支撑的PIN管薄层和已完成外围电路制备的SiC衬底正面进行键合互连；去除临时衬底；刻蚀隔断PIN台面；将PIN结构与SiC电路互连，得到基于键合转移的超大功率限幅器MMIC。本发明将高性能Si PIN限幅器集成到MMIC中，实现高集成度、大功率的限幅器MMIC。

Description

基于键合转移的超大功率限幅器MMIC及制备方法
技术领域
本发明涉及MMIC制备技术，具体涉及一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC及制备方法。
背景技术
随着GaN等新一代高功率放大器在雷达发射系统上的应用，位于雷达接收系统前端的低噪声放大器等高灵敏器件面临被发射的泄露功率烧毁的风险，因此在接收系统前端需要添加具有更大承受功率、更高隔离度的微波限幅器(PIN)。当高功率信号输入时，PIN限幅器对其产生极大衰减；而当小功率信号输入时，只有较小的插入损耗。
传统的Si基PIN限幅器主要是分立的PIN二极管，由于Si衬底的漏电特性，使得SiPIN二极管无法集成到电路中，导致器件的尺寸较大。此外，Si衬底的热导率较低，使得大功率的PIN管在工作时产生的大量热难以及时耗散，导致器件容易烧毁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC及制备方法，解决大功率PIN管的制备以及分立的PIN管与电路的集成问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC，包括SiC衬底、金属键合层、Si PIN管芯层和外围电路层；
所述外围电路层位于SiC衬底上，金属键合层位于外围电路层和Si PIN管芯层中间，Si PIN管芯层和金属键合层通过岛状Si衬底隔开；所述Si PIN管芯层上设置PIN上电极，PIN上电极和外围电路层互连。
一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC及制备方法，包括以下步骤：
1)在Si晶圆片正面制备PIN台面结构及上电极；
2)在Si晶圆片正面旋涂粘附剂；
3)将含有PIN结构的Si晶圆片与临时载片正面相对键合；
4)将含有PIN结构的Si圆片衬底减薄；
5)在含有PIN结构的Si晶圆片背面制备下电极；
6)清洗以临时衬底为支撑的PIN结构薄层和已完成外围电路制备的SiC衬底；
7)将以临时衬底为支撑的PIN结构薄层和已完成外围电路制备的SiC衬底正面进行键合互连；
8)去除临时衬底和粘合剂；
9)刻蚀隔断PIN台面；
10)将PIN管上电极与SiC衬底上的外围电路互连，得到基于键合转移的超大功率限幅器MMIC。
进一步的，步骤1)中所述Si PIN台面高度为1um-50um。
进一步的，步骤2)中所述粘附剂为光刻胶、HT10.10或BCB。
进一步的，步骤3)中所述临时载片为Si、SiC、AlN或蓝宝石。
进一步的，步骤4)中所述衬底减薄方式为研磨、机械抛光、化学抛光、化学腐蚀或干法刻蚀。
进一步的，步骤7)中所述键合互连方式为热压键合或共晶键合，所用金属材料为金、铜、锡或铟，键合温度为110-400℃，键合时间为1-2小时。
进一步的，步骤9)中刻蚀隔断方式为干法刻蚀或湿法腐蚀。
与现有技术相比，本发明有以下优点：(1)本发明使得分立的Si PIN管能够集成到单片微波电路中，增加了电路的集成度；(2)通过外围电路结构的设计，满足不同的性能需求，极大的提高了器件使用的便捷性；(3)选用高热导率的衬底有利于PIN管的散热和高密度集成，有助于构建性能更优异、集成度更高的PIN限幅器MMIC；(4)本发明将Si PIN管键合转移到完成外围电路制备的高阻衬底上形成完整的单片微波集成电路(MMIC)，避免了由于Si衬底的漏电特性导致的Si PIN管无法集成的缺点，提高了电路的集成度，同时利用衬底的高热导率极大提高了器件的性能。
附图说明
图1是临时衬底样品示意图。
图2是Si PIN结构晶圆片样品示意图。
图3是Si PIN结构晶圆片正面旋涂粘合剂示意图。
图4是临时衬底正面朝下和Si PIN晶圆片键合示意图。
图5是将包含PIN台面结构的Si晶圆片的Si衬底减薄示意图。
图6是在包含PIN台面结构的Si晶圆片背面制备下电极示意图。
图7是目标衬底样品示意图。
图8是目标衬底和以临时衬底为支撑的Si PIN管晶圆片键合示意图。
图9是将临时衬底和粘合剂去除示意图。
图10是将PIN台面隔离示意图。
图11是将Si PIN上电极和目标衬底电路进行电学互连示意图。
图中，1是临时载片，2是PIN上电极，3是Si PIN管芯，4是Si衬底，5是粘附剂，6是PIN下电极，7是SiC衬底，8是SiC衬底上外围电路。
具体实施方式
针对传统Si基PIN限幅器存在的尺寸大、不易散热的问题，本发明将Si PIN限幅器集成到高阻的衬底上形成完整的单片微波集成电路(MMIC)，能够极大的缩小器件尺寸；并且根据不同外围单片电路结构的设计，可满足不同的性能要求。此外选用高热导率的衬底还有利于PIN管的散热和高密度集成，有助于构建性能优异、集成度更高的PIN限幅器MMIC。
下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案。
一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC，包括SiC衬底、金属键合层、Si PIN管芯层和外围电路层；
所述外围电路层位于SiC衬底上，金属键合层位于外围电路层和Si PIN管芯层中间，Si PIN管芯层和金属键合层通过岛状Si衬底隔开；所述Si PIN管芯层上设置PIN上电极，PIN上电极和外围电路层互连。
一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC的制备方法，包括以下步骤：
①在Si晶圆片4正面制备PIN台面结构及上电极2：在Si晶圆片4上制备出PIN台面结构，台面结构为Si PIN管芯3，PIN台面高度根据设计需求从1um-50um，并用稀释的盐酸HCl、丙酮、酒精和去离子水清洗干净，放入甩干机进行甩干，如图2所示。
②在Si晶圆片4正面旋涂粘附剂5：在包含PIN台面结构的Si晶圆片正面滴涂粘附剂5，选用的粘附剂5为蜡、BCB或光刻胶。根据需要的厚度将旋涂转速设置为1000-5000转/分钟，旋涂时间为30秒-1分钟，将涂好粘附剂5的Si PIN管圆片正面朝上放在热板上预烘烤，热板温度设置为110-150℃，时间为2-4分钟，如图3所示。
③将含有PIN结构的Si晶圆片与临时载片1正面相对键合：将含有PIN结构的Si晶圆片和临时载片1的正面贴合在一起，临时载片1为蓝宝石、SiC、Si或AlN，用键合机进行临时键合，键合温度设置在150-250℃，键合时间为15-60分钟，如图1、图4所示。
④将含有PIN结构的Si晶圆片的Si衬底减薄：临时键合结束后将以临时载片为支撑的Si晶圆片从背面进行减薄，先用研磨机减薄到50-150微米，再用化学机械抛光或者化学腐蚀减薄到1-10微米，如图5所示。
⑤在含有PIN结构的Si晶圆片背面制备下电极6：在减薄后的Si PIN晶圆片背面制备金属电极，所述的电极制备方法为蒸发剥离、电镀或沉积，电极材料为Au、Ni、Ti或Co，如图6所示。
⑥清洗以临时衬底为支撑的PIN结构薄层和已完成外围电路8制备的SiC衬底7：用稀释的盐酸HCl、丙酮、酒精和去离子水清洗样品表面，放入甩干机进行甩干，如图7所示。
⑦将以临时衬底为支撑的PIN结构薄层和已完成外围电路8制备的SiC衬底7正面进行键合互连：将PIN薄层晶圆片背面和完成外围电路制备的SiC衬底正面进行对准键合，键合的方式采用热压键合或共晶键合，所用金属材料为金、铜、锡或铟。键合温度为110℃-400℃，键合时间1-2小时，如图8所示。
⑧去除临时衬底和粘合剂：把键合后的晶圆片上的临时载片1和粘合剂5去除，再用丙酮和去离子水清洗干净，如图9所示。
⑨刻蚀隔断PIN台面：用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法去除Si衬底4，使得PIN台面隔断成分离的岛状结构，如图10所示。
⑩将PIN管上电极与SiC衬底电路互连：将PIN管的上电极与SiC衬底上外围电路互连，得到基于键合转移的超大功率限幅器MMIC，互连可采用金丝或电镀金属的方式，如图11所示。
相对于目前分立、无法集成、使用繁琐的Si PIN限幅器，本发明将高性能Si PIN限幅器集成到MMIC中，同时借助于SiC衬底的高热导率，从而实现高集成度、大功率的限幅器MMIC。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC的制备方法，包括以下步骤：
①在Si晶圆片上制备PIN台面结构，PIN台面高度为5um，制备PIN上电极，并用稀释的盐酸HCl、丙酮、酒精和去离子水清洗干净，放入甩干机进行甩干；
②在做好PIN结构的Si圆片的正面滴涂适量的高温蜡，旋涂转速设置为2000转/分钟，加速度为2000转/分钟，旋涂时间为50s；将涂好高温蜡的Si PIN管圆片正面朝上放在热板上预烘烤，热板温度设置为110℃，时间为2分钟；
③将包含PIN结构的Si圆片和临时载片的正面贴合在一起，用键合机进行临时键合，键合温度设置在200℃，键合时间为20分钟，临时载片采用蓝宝石；
④键合结束后将以临时载片为支撑的Si PIN晶圆片从背面进行减薄，先用研磨机减薄到100微米，再用化学机械抛光将衬底减薄至5um；
⑤在减薄后的Si PIN晶圆片背面制备金属电极，通过蒸发剥离的方法制备出图形化Au电极；
⑥用稀释的盐酸HCl和去离子水清洗已完成外围电路制备的SiC衬底表面，放入甩干机进行甩干；
⑦将PIN薄层晶圆片背面下电极和SiC衬底正面进行对准键合，采用Au-In共晶键合，键合温度为200℃，键合时间2小时；
⑧将键合完的晶圆片浸泡在高温蜡去除液中，选用的去除液包括但不限于丙酮、酒精、甲苯；待粘附剂被去除液全部溶解后载片与SiC基Si PIN圆片自动分离，并用去离子水清洗干净；
⑨在PIN台面上涂敷光刻胶，周围区域无光刻胶保护，用干法或湿法刻蚀的方法将PIN台面隔断，形成分离的岛状结构；
⑩将PIN台面的上电极与SiC衬底表面外围电路通过电镀的方式进行互连；经过以上步骤，实现基于键合转移的SiC基大功率限幅器MMIC的制备。

Claims (8)

1.一种基于键合转移的超大功率限幅器MMIC，其特征在于，包括SiC衬底、金属键合层、Si PIN管芯层和外围电路层；
所述外围电路层位于SiC衬底上，金属键合层位于外围电路层和Si PIN管芯层中间，SiPIN管芯层和金属键合层通过岛状Si衬底隔开；所述Si PIN管芯层上设置PIN上电极，PIN上电极和外围电路层互连。
2.一种制备权利要求1所述键合转移的超大功率限幅器MMIC的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在Si晶圆片正面制备PIN台面结构及PIN上电极；
2）在Si圆片正面旋涂粘附剂；
3）将含有PIN结构的Si晶圆片与临时载片正面相对键合；
4）将含有PIN结构的Si圆片衬底减薄；
5）在含有PIN结构的Si晶圆片背面制备下电极；
6）清洗以临时衬底为支撑的PIN结构薄层和已完成外围电路制备的SiC衬底；
7）将以临时衬底为支撑的PIN结构薄层和已完成外围电路制备的SiC衬底正面进行键合互连；
8）去除临时衬底和粘合剂；
9）刻蚀隔断PIN台面；
10）将PIN上电极与SiC衬底上的外围电路互连，得到基于键合转移的超大功率限幅器MMIC。
3.根据权利要求2所述的制备键合转移的超大功率限幅器MMIC的方法，其特征在于，步骤1）中所述Si PIN台面高度为1um-50um。
4.根据权利要求2所述的制备键合转移的超大功率限幅器MMIC的方法，其特征在于，步骤2）中所述粘附剂为光刻胶或BCB。
5.根据权利要求2所述的制备键合转移的超大功率限幅器MMIC的方法，其特征在于，步骤3）中所述临时载片为Si、SiC、AlN或蓝宝石。
6.根据权利要求2所述的制备键合转移的超大功率限幅器MMIC的方法，其特征在于，步骤4）中所述衬底减薄方式为研磨、机械抛光、化学腐蚀或干法刻蚀。
7.根据权利要求2所述的制备键合转移的超大功率限幅器MMIC的方法，其特征在于，步骤7）中所述键合互连方式为热压键合或共晶键合，所用金属材料为金、铜、锡或铟，键合温度为110-400℃，键合时间为1-2小时。
8.根据权利要求2所述的制备键合转移的超大功率限幅器MMIC的方法，其特征在于，步骤9）中刻蚀隔断方式为干法刻蚀或湿法腐蚀。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114023825B (zh) * 2021-10-24 2024-05-28 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司 一种大功率限幅器及其制备方法
CN114023826A (zh) * 2021-10-24 2022-02-08 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司 一种无衬底大功率限幅器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2389458B (en) * 2002-03-27 2004-08-11 Toshiba Kk Microwave integrated circuit
JP2004259907A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Toshiba Corp Ｐｎ接合ダイオード装置及びその製造方法
CN201467076U (zh) * 2009-07-31 2010-05-12 成都亚光电子股份有限公司 宽带微波大功率限幅器
CN101814499A (zh) * 2010-03-10 2010-08-25 上海宏力半导体制造有限公司 一种n-p互补肖特基二极管结构
CN102386239A (zh) * 2010-08-31 2012-03-21 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种平面结构的磷化铟基pin开关二极管及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2389458B (en) * 2002-03-27 2004-08-11 Toshiba Kk Microwave integrated circuit
JP2004259907A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Toshiba Corp Ｐｎ接合ダイオード装置及びその製造方法
CN201467076U (zh) * 2009-07-31 2010-05-12 成都亚光电子股份有限公司 宽带微波大功率限幅器
CN101814499A (zh) * 2010-03-10 2010-08-25 上海宏力半导体制造有限公司 一种n-p互补肖特基二极管结构
CN102386239A (zh) * 2010-08-31 2012-03-21 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种平面结构的磷化铟基pin开关二极管及其制备方法

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