[發明專利]一種硅襯底上制作化合物半導體MMIC芯片的方法

有效

• 申請號: 201010191071.6
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN101872744A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 周衛;嚴利人;竇維治;韓冰;劉志弘
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/822
• 分類號: H01L21/822;H01L21/306
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于半導體微波集成電路技術領域，特別涉及一種在硅襯底上制造化合物半導體MMIC芯片的方法。

背景技術

化合物半導體材料，比如GaAs，GaN，InP等，與硅材料相比具有更高的電子遷移率，或更寬的禁帶寬度，可以用來制作超高速電路，可以應用在高電壓、高溫等極端條件，是繼硅、鍺之后的第二代半導體材料。用這些化合物半導體材料制作的器件截止頻率和最高振蕩頻率可以達到數百千兆赫，被廣泛地應用于微波與通信系統中。

在通信系統中，單片微波集成電路(MMIC)一直扮演著重要的角色。在當今微波的寬帶和超寬帶低噪聲放大器和功率放大器中，III-V族化合物半導體材料制作的MMIC的性能也遠遠超過硅MMIC。

雖然化合物半導體MMIC的性能比用硅材料的優越，但仍然有些因素制約著它的發展。首先是材料的成本較高，由于硅在地表分布很廣，豐富的硅資源使得在半導體材料中硅相比于化合物半導體來說更為廉價；另外，很重要的是這些化合物半導體材料在機械強度和熱導率方面也遜色于硅。

為了解決這些矛盾，人們考慮在硅襯底上生長化合物半導體材料。由于硅襯底的價格只是同尺寸化合物材料襯底的1/5～1/10，在硅襯底上外延生長化合物半導體材料來制作器件可以大大降低成本。而且，硅片的直徑已經達到300mm，未來將達到400mm，更有利于大批量生產。相比化合物材料來說，目前GaAs材料的襯底直徑只有150mm，其他材料的就更小了。

在硅襯底上生長化合物半導體材料，通常的做法是先制作一個過渡層，再外延生長化合物半導體單晶。過渡層用來吸收由于晶格失配所產生的應力與缺陷，以及加工過程中由于熱膨脹系數失配所產生的熱應力，并為外延化合物單晶提供籽晶層。過渡層的厚度視所采用的工藝而定，一般為幾百納米至幾微米。需要指出的是，這些技術目前尚在實驗研究和評估階段，還遠沒有達到生產的要求。

然而，硅作為襯底材料也會帶來一個問題，就是制作高阻的硅襯底材料困難，成本高。對MMIC來說，如果襯底的電阻率不夠高，襯底的耦合效應將使得大量的功率被襯底所耗散，而不能形成有用的微波功率傳送出去，降低了MMIC的效率。與此相反，砷化鎵等材料由于禁帶寬度大于硅，并且容易制成半絕緣襯底，相應的MMIC的功率效率也要高于以硅為襯底的MMIC。

為了減小硅襯底上制作的化合物半導體MMIC的襯底耦合效應，本發明提出，將MMIC芯片中部的硅襯底從圓片的背面通過刻蝕的方法部分地去除掉，保留MMIC芯片四周邊緣處和壓焊塊下面的硅襯底來維持芯片必要的機械強度的新的芯片結構。

發明內容

本發明的目的是提出一種硅襯底化合物半導體MMIC的芯片方法，其特征在于，具體工藝步驟如下：

1)在硅襯底上生長一層氧化硅；

2)在氧化硅層上通過光刻和刻蝕得到一個暴露出硅襯底的窗口；

3)在窗口內通過選擇性外延生長過渡層和化合物單晶半導體材料；

4)將化合物單晶半導體材料制作成有源器件，也就是晶體管，并完成第一層金屬的圖形化；

5)生長一層層間介質和第二層金屬圖形化；

6)淀積鈍化層，光刻刻蝕壓焊塊窗口；

7)背面光刻并刻蝕；

8)圓片減?。?/p>

其中背面光刻并刻蝕是采用三維對準光刻技術，通過干法或濕法刻蝕將背面的圖形與正面相對應圖形對準的技術，此步驟是在正面所有工藝做完之后，尚未進行圓片減薄之前，正反面圖形的對準是通過預先做好的對準標記實現的，其與正面圖形的對準精度優于±2μm。

所述的干法刻蝕采用的是ICP方法即電感耦合等離子體刻蝕方法，濕法刻蝕采用硅材料的常規堿性腐蝕液，濕法刻蝕前，先將圓片的正面用塑料膠膜或涂覆保護膠的方式保護起來，通過圓片背面的光刻圖形，對硅襯底材料進行刻蝕。

本發明的有益效果是應用于以硅為襯底的化合物半導體MMIC的制備工藝，通過對背面進行光刻和刻蝕，將MMIC芯片中部的硅襯底部分地去除掉，可以減少硅襯底耦合所造成的功率損失，MMIC的功率效率可與半絕緣襯底的化合物半導體MMIC相當，芯片由于保留了四周邊緣處和壓焊塊下面的硅襯底，保證了其機械強度，不會因為元件區域過薄而在加工過程中出現損傷，同時大大降低了成本。

附圖說明

圖1硅襯底上化合物半導體MMIC芯片的工藝流程框圖。

圖2硅襯底上化合物半導體MMIC芯片的工藝流程示意圖。

圖3硅襯底上化合物半導體MMIC圓片示意圖，a為MMIC圓片的背面芯片結構圖，b為A部放大圖；

示意圖。