[發(fā)明專利]基于薄膜晶體管的微波毫米波集成電路、功率交換電路及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410077438.X
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103811489B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石以瑄;邱樹農(nóng);吳杰欣;邱星星;石宇琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 石以瑄;邱樹農(nóng);邱星星;石宇琦
• 主分類號(hào): H01L27/02
• 分類號(hào): H01L27/02;H01L21/77
• 代理公司: 蘇州市新蘇專利事務(wù)所有限公司32221
• 代理人: 徐鳴

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到基于薄膜晶體管的微波毫米波集成電路和功率放大電路及其制作方法，該薄膜晶體管系基于具有高電子遷移率和較高擊穿電場(chǎng)的半導(dǎo)體薄膜。

背景技術(shù)

微波集成電路是通訊系統(tǒng)中的重要組件，尤其是對(duì)一個(gè)無線通訊系統(tǒng)。每一個(gè)無線通訊系統(tǒng)都需要發(fā)射（transmit）和接受?(receive)?的模組以發(fā)射及接受微波信號(hào)。如圖1所示，一個(gè)發(fā)射和接受（T/R）模組有一第一輸入匹配電路，一個(gè)功率放大器（PA）,一個(gè)開關(guān)（SW）和一個(gè)天線以達(dá)成發(fā)射的功能。另一個(gè)第一輸入匹配電路，一個(gè)低噪聲放大器?(LNA)?和一個(gè)第二輸出匹配電路加上一開關(guān)則作為接收用。對(duì)低噪聲放大器和功率放大器的電源和控制則由以硅基的金屬氧化物半導(dǎo)體電路制成的偏壓及控制電路來達(dá)成?(BCL)。低噪聲放大器和功率放大器一般以三五族半導(dǎo)體電路或鍺硅電路來制作的。??

對(duì)多數(shù)的應(yīng)用，低噪聲放大器，功率放大器和開關(guān)等多在砷化鎵（GaAs）為基底的晶圓上制作。為了便于前段有源器件和無源器件制造，砷化鎵晶圓的厚度較大，在700?微米左右。前段制作步驟完成后，晶圓要減薄到100?微米或更小，以達(dá)成適當(dāng)?shù)纳岷臀⒉▊魉托省Ｔ诰A減薄后，進(jìn)行后段制作步驟包括進(jìn)一步增強(qiáng)散熱和接地的背面穿孔和金屬化，即沉積一層金屬。在劃片后，分離的電路或芯片被焊接到一載具上。載具上需要有預(yù)先蝕刻好的薄膜金屬連線以達(dá)成電路之間的電信號(hào)連接。在焊接電路和搭線的過程中還需要細(xì)心的維持芯片的位置以保持電路的完整和減少其間的干擾。同時(shí)還要注意減小電串聯(lián)電阻以便降低不該有的散熱。在焊接電路或芯片時(shí)，一般使用導(dǎo)電漿材料。

使用導(dǎo)電漿時(shí)，材料中容易出現(xiàn)氣泡。這些氣泡使芯片和載具之間的導(dǎo)熱率降低而使其間的熱阻抗增加，并使得從芯片上的散熱不均勻。考慮以上，有必要發(fā)展另一種芯片的結(jié)構(gòu)和制造，以簡(jiǎn)化其步驟并維持導(dǎo)熱性。

對(duì)多數(shù)的微波集成電路芯片，芯片的大部分表面是用來作無源器件。以一個(gè)功率放大器為例，芯片表面只有百分之三到百分之五面積用來作晶體管和開關(guān)等有源器件。圖2給出一個(gè)作發(fā)射用的功率放大器微波電路的布局，含有一個(gè)輸入匹配電路，一個(gè)開關(guān)，一個(gè)放大器，一個(gè)偏置控制電路，一個(gè)輸出匹配電路。點(diǎn)線所示的長(zhǎng)方框表示有源器件的有源器件區(qū)域。要制作有源器件，先要在基底或晶圓上沉積一復(fù)合外延層。對(duì)電阻器，電容器，電感器和傳送線等的無源器件，不但不需要這復(fù)合外延層，它還給這些無源器件的制作帶來不便。目前復(fù)合外延層多使用分子束外延(MBE)或有機(jī)金屬化學(xué)外延(MOCVD)沉積，沉積完后整個(gè)晶圓表面都沉積了復(fù)合外延層。為了維持無源器件的功能，必需去除或以離子布植的方式鈍化有源器件區(qū)之外的復(fù)合外延層。

使用具有復(fù)合外延層的砷化鎵基底或晶圓來制造微波集成電路時(shí)，為便于處理，砷化鎵基底的厚度在700?到1000微米之間。然而，為了減小熱阻抗和制作線寬適中而阻抗為50?歐姆的傳送線，砷化鎵基底的厚度必需減小到100?微米，75微米甚至50?微米。減小基底厚度的步驟中，必需以研磨方法除掉大部分基底背后的材料。研磨掉背面的材料后，還需進(jìn)行化學(xué)蝕刻以改進(jìn)平整度。

因此，使用以沉積在砷化鎵基底上的復(fù)合外延層來制造微波集成電路后，必需除掉砷化鎵基底超過百分之80的起始材料。研磨掉背面的材料還是在化合物狀態(tài)，但化學(xué)蝕刻則產(chǎn)生劇毒而難分離的離子砷。分離離子砷需用成本高的離子交換和過濾的方法。基座減薄并蝕刻后，還要局部通孔并沉積一層厚金屬以提高散熱率。切割晶圓后芯片粘附到一個(gè)載具上以便后續(xù)的搭線和測(cè)試。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，如圖3所示，不同的芯片被粘附到一個(gè)載具上而形成一模組。載具一般是表面沉積了有金屬圖形的介質(zhì)或是金屬。為了維持電特性，粘附過程中芯片必需準(zhǔn)確的放置定位并對(duì)準(zhǔn)載具上已有的金屬圖像。

從以上的說明，有必要發(fā)展一種在制作了有源器件和無源器件后，不需要研磨減薄并蝕刻基底晶圓背面的微波集成電路。也有必要發(fā)展不含劇毒元素如砷的器件。同時(shí)還有必要發(fā)展可減少芯片粘附，對(duì)準(zhǔn)及搭線步驟的微波集成電路以降低制造程序。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是給出一個(gè)在制作了有源器件和無源器件后，不需要研磨，減薄并蝕刻基底晶圓背面的微波集成電路；另一個(gè)目的是給出一個(gè)不含砷元素的器件和微波集成電路，使得微波電路的制作不受砷化鎵的限制；第三個(gè)目的是給出一個(gè)可減少芯片粘附，對(duì)準(zhǔn)和搭線步驟的微波集成電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下所述的技術(shù)方案：