CN114023826A - 一种无衬底大功率限幅器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无衬底大功率限幅器及其制备方法,该方法包括:在PIN限幅二极管材料表面制备PIN限幅管正面工艺,刻蚀暴露出P+、I和N+的台面结构,制备出金属上电极;在含有PIN二极管台面结构的材料正面旋涂粘附剂;与临时载片正面相对临时键合;减薄,去除剩余衬底;在去除衬底后的PIN二极管材料背面制备金属下电极。将临时载片分离,并清洗划片,得到无衬底的PIN限幅二极管和位于二极管背面的金属电极构成的大功率限幅器。本发明将传统PIN限幅二极管的Si/GaAs衬底去除,改用热导率更高的金属,同时金属材料相对于半导体具有更低的串联电阻,有助于进一步提升PIN限幅管的耐受功率。
Description
技术领域
本发明是一种无衬底大功率限幅器及其制备方法,属于半导体技术领域。
背景技术
随着GaN等大功率芯片的应用,相控阵雷达的发射功率越来越大,迫切需要提升接收组件中限幅器的耐受功率,用来保护低噪声放大器能灵敏元器件避免被外来的大功率信号或者自身内部的泄漏信号所烧毁。基于PIN二极管的限幅器是目前大功率限幅器的主流应用,PIN二极管在微波大功率信号作用下会产生电导调制效应,实现大幅衰减输入信号的作用。
近年来随着大功率雷达的应用,传统的Si或GaAs PIN限幅器中,由于Si或GaAs衬底热导率较低,逐渐成为限制限幅器耐受功率容量提升的瓶颈,难以满足电路的限幅需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无衬底大功率限幅器及其制备方法,解决现有的Si或GaAs PIN限幅二极管中,受Si或GaAs自身衬底材料热导率较低,难以满足大功率限幅应用需求的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种无衬底大功率限幅器,包括无衬底PIN限幅二极管和位于无衬底PIN限幅二极管背面的金属下电极;所述金属下电极的热导率大于140W/m·K,电阻率不高于0.0001Ω·cm,厚度为5μm-50μm。
一种制备无衬底大功率限幅器的方法,包括以下步骤:
1)在PIN限幅二极管材料表面制备PIN限幅管正面工艺,刻蚀暴露出P+、I和N+的台面结构,制备出金属上电极;
2)在含有PIN限幅二极管台面结构的材料正面旋涂粘附剂;
3)将含有PIN限幅二极管台面结构的材料正面与临时载片正面相对临时键合;
4)将含有临时载片和PIN限幅二极管台面结构的材料N+衬底进行减薄;将N+层厚度减薄到不小于1μm,且不大于5μm,并去除其余衬底;
5)在去除衬底后的PIN限幅二极管材料背面制备金属下电极;
6)将临时载片进行分离,并清洗划片,得到由无衬底PIN限幅二极管和位于二极管背面的金属下电极构成的大功率限幅器。
进一步的,所述步骤1)中,所述PIN限幅二极管材料为Si或GaAs PIN,P+层台面高度为0.5-3μm,I层台面高度为1μm-20μm,N+层台面高度为1-5μm。
进一步的,所述步骤1)中,所述的金属上电极为Ti、Pt、Au、Pd、Ni、Al中的一种或几种组合,制备方式为蒸发、电镀、溅射。
进一步的,所述步骤2)中的粘附剂为光刻胶、高温蜡类或BCB。
进一步的,所述步骤3)中的临时载片为蓝宝石、硅片、碳化硅片或氮化铝片。
进一步的,所述步骤3)中的临时键合温度为80-350℃,压力为50MPa—5000MPa,时间为5-60分钟。
进一步的,述步骤4)中的衬底去除方法为机械研磨、机械抛光、化学抛光、湿法腐蚀或干法刻蚀中的任意一种或多种,将N+层厚度减薄到不小于1μm,且不大于5μm,并去除其余N+衬底。
进一步的,所述步骤5)中的金属下电极材料为Ti、Pt、Au、Pd、Ni、Al中的一种或几种组合,电阻率不高于0.0001Ω·cm,厚度在5μm-50μm,制备方式为蒸发、电镀、溅射。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:将传统PIN限幅二极管的Si或者GaAs衬底去除,直接用热导率更高的金属材料替换,同时金属材料相对于半导体具有更低的串联电阻,有助于进一步提升PIN限幅管的耐受功率。
附图说明
图1是在PIN限幅二极管材料表面制备PIN限幅管正面工艺;
图2是在含有PIN二极管台面结构的材料正面旋涂粘附剂,并将其与临时载片正面相对临时键合;
图3是将含有临时载片和PIN二极管台面结构的材料N+衬底进行减薄,并去除其余衬底;
图4是在完成减薄后的PIN二极管材料背面制备金属下电极;
图5是将临时载片分离,并清洗划片,得到由无衬底的PIN限幅二极管和位于二极管背面的金属下电极构成的大功率限幅器。
图中:1是金属上电极;2是PIN限幅二极管;3是粘合剂;4是临时载片;5是背面金属下电极。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案。
一种无衬底大功率限幅器及其制备方法,包括以下步骤:
①在PIN限幅二极管2材料表面制备PIN限幅管正面工艺,刻蚀暴露出P+、I和N+的台面结构,制备出金属上电极1:其中PIN限幅二极管材料为包括但不限于Si和GaAs PIN中的一种,所述的P+层台面高度为0.5-3μm,I层台面高度为1μm-20μm,N+层台面高度为1-5μm,所述的金属上电极材料包括但不限于Ti、Pt、Au、Pd、Ni、Al中的一种或几种组合,制备方式包括但不限于蒸发、电镀、溅射等,如图1所示。
②在含有PIN二极管台面结构的材料正面旋涂粘附剂3:其中粘附剂3为光刻胶、高温蜡类或BCB等聚合物中的一种,厚度在5-50μm,旋涂转速设置为1000-5000转/分钟,旋涂时间为30秒-1分钟,将涂好临时键合材料的临时载片4正面朝上放在热板上预烘烤,热板温度设置为100-250℃,时间为1-5分钟,如图2所示。
③将含有PIN二极管台面结构的材料正面与临时载片4正面相对临时键合:其中临时载片4包括但不限于蓝宝石、硅片、碳化硅片或氮化铝片中的一种,键合温度设置在100-350℃,压力为50MPa——5000MPa,键合时间为5-60分钟,如图2所示。
④将含有临时载片4和PIN二极管台面结构的材料N+衬底进行减薄,并去除其余衬底:其中衬底减薄方法为机械研磨、机械抛光、化学抛光、湿法腐蚀或干法刻蚀中的任意一种或多种,去除后的N+层厚度不小于1μm,且不大于5μm。例如通过机械研磨将衬底背面减薄至80-100μm,然后通过湿法腐蚀将衬底进一步减薄并抛光至5μm,如图3所示。
⑤在完成减薄后的PIN二极管材料背面制备金属下电极5:其中金属下电极5材料包括但不限于Ti、Pt、Au、Pd、Ni、Al中的一种或几种组合,电阻率不高于0.0001Ω·cm,厚度在5μm-50μm,制备方式包括但不限于蒸发、电镀、溅射等。如图4所示。
实施例
一种无衬底大功率限幅器及其制备方法,包括以下步骤:
①在Si PIN材料晶圆上制备出P+、I和N+的台面结构,其中P+层台面高度为1.5μm,I层台面高度为8μm,N+层台面高度为3μm,然后在P+层台面上蒸发TiPtAu作为上电极金属。
②在制备出PIN台面结构的晶圆正面旋涂约15μm的高温蜡,旋涂转速为500转/分钟,旋涂时间为60s,预烘烤温度为155℃,时间为5分钟。
③将含有PIN台面结构的晶圆正面与硅载片正面相对贴合在一起,放入粘片机进行临时键合,键合工艺参数为温度180℃,键合时间20分钟,键合压力600MPa。
④通过机械研磨将Si PIN晶圆从背面研磨减薄至100μm,然后进行抛光减薄至约20μm,再采用干法腐蚀的方法进一步减薄至5μm。
⑤在去除其余衬底后的PIN二极管材料背面溅射WTiAuTi作为种子层,然后电镀10μm Au作为金属下电极。
⑥加热温度为220℃,通过热滑动剥离法将临时载片与无衬底的PIN二极管进行分离,并用去胶剂、丙酮、酒精清洗,然后采用砂轮和激光等方式进行划片,无衬底的PIN限幅二极管和位于二极管背面的金属下电极构成的大功率限幅器。
经过以上步骤,就实现了无衬底大功率限幅器的制备。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无衬底大功率限幅器,其特征在于,包括无衬底PIN限幅二极管和位于无衬底PIN限幅二极管背面的金属下电极;所述金属下电极的热导率大于140W/m·K,电阻率不高于0.0001Ω·cm,厚度为5μm-50μm。
2.一种制备如权利要求1所述的无衬底大功率限幅器的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)在PIN限幅二极管材料表面制备PIN限幅管正面工艺,刻蚀暴露出P+、I和N+的台面结构,制备出金属上电极;
2)在含有PIN限幅二极管台面结构的材料正面旋涂粘附剂;
3)将含有PIN限幅二极管台面结构的材料正面与临时载片正面相对临时键合;
4)将含有临时载片和PIN限幅二极管台面结构的材料N+衬底进行减薄;将N+层厚度减薄到不小于1μm,且不大于5μm,并去除其余衬底;
5)在去除衬底后的PIN限幅二极管材料背面制备金属下电极;
6)将临时载片进行分离,并清洗划片,得到由无衬底PIN限幅二极管和位于二极管背面的金属下电极构成的大功率限幅器。
3.根据权利要求2所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,所述PIN限幅二极管材料为Si或GaAs PIN,P+层台面高度为0.5-3μm,I层台面高度为1μm-20μm,N+层台面高度为1-5μm。
4.根据权利要求2所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中,所述的金属上电极为Ti、Pt、Au、Pd、Ni、Al中的一种或几种组合,制备方式为蒸发、电镀、溅射。
5.根据权利要求2所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中的粘附剂为光刻胶、高温蜡类或BCB。
6.根据权利要求2所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中的临时载片为蓝宝石、硅片、碳化硅片或氮化铝片。
7.根据权利要求2所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中的临时键合温度为80-350℃,压力为50MPa—5000MPa,时间为5-60分钟。
8.根据权利要求2所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中的衬底去除方法为机械研磨、机械抛光、化学抛光、湿法腐蚀或干法刻蚀中的任意一种或多种,将N+层厚度减薄到不小于1μm,且不大于5μm,并去除其余N+衬底。
9.根据权利要求2所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,所述步骤5)中的金属下电极材料为Ti、Pt、Au、Pd、Ni、Al中的一种或几种组合。
10.根据权利要求9所述的无衬底大功率限幅器的制备方法,其特征在于,金属下电极电阻率不高于0.0001Ω·cm,厚度在5μm-50μm,制备方式为蒸发、电镀、溅射。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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