СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ СВЧ Российский патент 2006 года по МПК H01L21/335 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления мощных транзисторов СВЧ и МИС на их основе.

Известен способ изготовления мощных полевых транзисторов (ПТШ) СВЧ, включающий следующие операции:

- формирование на полупроводниковой пластине - эпитаксиальной структуре арсенида галлия топологии ПТШ с помощью электронной и фотолитографии, напыления металлов, нанесения и травления диэлектриков, гальванического осаждения золота;

- утонение полупроводниковой пластины до 60-80 мкм;

- формирование сквозных отверстий для заземления истоков транзисторов;

- гальваническое осаждение золота толщиной 2 мкм с обратной стороны полупроводниковой пластины;

- разделение полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов резкой алмазными дисками (1).

Недостатками этого способа являются невысокая мощность полевого транзистора из-за высокого теплового сопротивления вследствие большой толщины порядка 60-80 мкм полупроводниковой пластины арсенида галлия, низкий процент выхода годных из-за механических повреждений, сколов и трещин на операции разделения полупроводниковой пластины резкой алмазными дисками.

Известен способ изготовления мощных полевых транзисторов СВЧ и МИС на их основе - прототип, включающий следующие основные операции:

- формирование на полупроводниковой пластине - эпитаксиальной структуре арсенида галлия топологии ПТШ с помощью электронной и фотолитографии, напыления металлов, нанесения и травления диэлектриков, гальванического осаждения золота;

- утонение полупроводниковой пластины арсенида галлия до толщины порядка 25-30 мкм;

- гальваническое осаждение интегрального теплоотвода из золота толщиной порядка 30 мкм с обратной стороны полупроводниковой пластины арсенида галлия;

- разделение полупроводниковой пластины арсенида галлия на кристаллы транзисторов резкой алмазными дисками (2).

Утонение полупроводниковой пластины арсенида галлия до толщины 25-30 мкм позволило по сравнению с предыдущим способом снизить тепловое сопротивление ПТШ, а следовательно, повысить его мощность.

Однако, с другой стороны, при разделении полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов с целью обеспечения ее прочности требуется наклеивать тонкую полупроводниковую пластину на гибкий носитель, что усложняет способ.

А разделение полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов резкой алмазными дисками, как и в предыдущем способе, вызывает механические повреждения, сколы и трещины, что в том числе определяет низкий процент выхода годных.

Кроме того, в процессе разделения пластины на кристаллы, в том числе при резке интегрального теплоотвода из золота толщиной порядка 30 мкм происходит быстрое «засаливание» режущего инструмента и образование золотого «буртика» по периметру кристалла транзистора. Это вызывает затруднения при последующем монтаже кристалла транзистора в схему СВЧ, что может отрицательно отразиться как на выходе годных схем СВЧ, так и на их электрические характеристики.

Техническим результатом изобретения является повышение мощности путем снижения теплового сопротивления, повышение выхода годных и упрощение способа изготовления мощных транзисторов СВЧ.

Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления мощных транзисторов СВЧ, включающем формирование на лицевой стороне полупроводниковой пластины топологии транзисторов с помощью электронной и фотолитографии, напыления металлов, нанесения и травления диэлектриков, гальванического осаждения золота, утонение полупроводниковой пластины до толщины менее 30 мкм, травление в полупроводниковой пластине сквозных заземляющих отверстий для выводов транзисторов, гальваническое осаждение на обратной стороне полупроводниковой пластины интегрального теплоотвода из золота толщиной более 30 мкм, разделение полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов, перед утонением полупроводниковой пластины на ее лицевой стороне вне топологии транзисторов формируют канавки глубиной 5-10 мкм и шириной 70-100 мкм для задания размера кристаллов транзисторов, а после утонения полупроводниковой пластины формируют канавки на ее обратной стороне глубиной 5-10 мкм непосредственно под канавками на лицевой стороне, при этом соотношение их ширины равно 3-2, а формируют канавки с помощью фотолитографии и травления, после формирования интегрального теплоотвода формируют интегральные теплоотводы кристаллов транзисторов фотолитографией по интегральному теплоотводу с последующим его травлением в местах расположения канавок на обратной стороне полупроводниковой пластины, а разделение полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов осуществляют химическим травлением, при этом интегральные теплоотводы кристаллов транзисторов служат маской.

В качестве полупроводниковой пластины используют, например, пластину арсенида галлия.

Формирование канавок на лицевой и обратной стороне полупроводниковой пластины напротив друг друга и с заданными размерами в совокупности с иной последовательностью операций позволило:

- во-первых, разделять полупроводниковую пластину на кристаллы транзисторов при возможности использования интегральных теплоотводов кристаллов транзисторов в качестве маски, химическим травлением и тем самым исключить механические повреждения, сколы и трещины в случае использования при разделении резку алмазными дисками и, как следствие, увеличить выход годных,

- во-вторых, повысить воспроизводимость размеров кристаллов, что позволяет снизить допуски при монтаже кристалла транзистора в схему СВЧ и тем самым уменьшить потери в подводящих цепях, а следовательно, повысить мощность,

- в-третьих, повысить качество монтажа вследствие уменьшения толщины припоя или клея, используемого при монтаже кристалла транзистора в схему СВЧ, что стало возможным благодаря устранению золотого «буртика» по периметру кристалла транзистора, возникающего при резке полупроводниковой пластины алмазными дисками, и тем самым снизить тепловое сопротивление и, как следствие, дополнительно к вышесказанному повысить мощность,

- в-четвертых, обеспечить воспроизводимость размеров кристаллов транзистора благодаря заданным размерам канавок на лицевой и обратной стороне полупроводниковой пластины и устранения золотого «буртика», а следовательно, дополнительно увеличить выход годных,

- в-пятых, упростить способ изготовления благодаря разделению полупроводниковых пластин химическим травлением и исключения резки алмазными дисками.

Формирование канавки как на лицевой стороне полупроводниковой пластины, так и на обратной ее стороне глубиной менее 5 мкм недостаточно для последующего задания размера кристалла, а более 10 мкм нежелательно из-за возможного разрушения пластины на последующих технологических операциях.

Формирование канавки на лицевой стороне полупроводниковой пластины шириной менее 70 мкм недопустимо, так как при указанном соотношении их ширины ширина канавки на обратной стороне столь мала, что проведение последующих операций - формирование интегральных теплоотводов кристаллов транзисторов и разделение полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов - становится затруднительным, а более 100 мкм нецелесообразно из-за неоправданного расхода полупроводникового материала.

Соотношение ширины канавок на лицевой и обратной стороне полупроводниковой пластины определяется остаточной ее толщиной под канавками и соотношением скорости травления в боковом и вертикальном направлении.

Исходя из вышесказанного, для указанной толщины полупроводниковой пластины менее 30 мкм это соотношение составляет 3-2.

Изобретение поясняется чертежом,

где дан этап разделения фрагмента полупроводниковой пластины на кристаллы транзистора, где

- полупроводниковая пластина - 1,

- топология транзистора - 2,

- канавка на лицевой стороне полупроводниковой пластины - 3,

- канавка на обратной стороне полупроводниковой пластины - 4,

- заземляющее отверстие выводов транзистора - 5,

- интегральный теплоотвод кристалла транзистора - 6,

- кристалл мощного транзистора СВЧ - 7

Пример конкретного выполнения:

- на лицевой стороне полупроводниковой пластины 1, например арсенида галлия, толщиной 520 мкм формируют топологию транзистора 2 известными методами: электронной и фотолитографии, напыления металлов, нанесения и травления диэлектриков, гальванического осаждения золота,

- далее на лицевой стороне полупроводниковой пластины 1 вне топологии транзистора 2 формируют канавки 3 глубиной 8 мкм и шириной 85 мкм для задания размера кристалла транзистора также известными методами фотолитографии и травления,

- далее утоняют полупроводниковую пластину 1, для чего ее наклеивают на носитель, например, стекло с плоскопараллельностью менее 1 мкм и методами механической шлифовки доводят ее толщину до 120 мкм, затем переклеивают полупроводниковую пластину на носитель из сапфира и химико-динамической полировкой утоняют ее до толщины 25-30 мкм,

- формируют канавки 4 глубиной 8 мкм и шириной 56 на обратной стороне полупроводниковой пластины также известными методами фотолитографии и травления,

- формируют сквозные заземляющие отверстия 5 для выводов транзисторов также методами фотолитографии и химического травления,

- формируют интегральный теплоотвод гальваническим осаждением золота толщиной 25-30 мкм,

- формируют интегральный теплоотвод кристалла транзистора 6 фотолитографией по интегральному теплоотводу с последующим травлением в месте расположения канавок 4 на обратной стороне полупроводниковой пластины 1,

- разделяют полупроводниковую пластину 1 на кристаллы транзисторов 7, для чего используя интегральный теплоотвод кристалла транзистора 6 в качестве маски, травят полупроводниковую пластину арсенида галлия 1 в местах расположения канавок 4 на ее обратной стороне.

Таким образом, мы имеем на носителе из сапфира разделенные кристаллы мощных транзисторов СВЧ, которые снимают с носителя в органических растворителях.

Примеры 2-3.

Аналогично примеру 1 изготовлены мощные транзисторы СВЧ, но с канавками на лицевой и обратной стороне глубиной 5 и 10 мкм и шириной на лицевой стороне 70 и 100 мкм и обратной стороне 46 и 66 соответственно.

Примеры 4-5.

Аналогично примеру 1 изготовлены мощные транзисторы СВЧ, но с канавками на лицевой и обратной стороне глубиной менее 5 и более 10 мкм и шириной на лицевой стороне менее 70 и более 100 мкм и шириной на обратной стороне 40 и 74 соответственно.

На изготовленных образцах мощных транзисторов СВЧ был проведен визуальный анализ под микроскопом LEICA INM 100 на предмет механических повреждений, сколов, трещин, воспроизводимости размеров кристаллов транзисторов.

На изготовленных образцах мощных транзисторов СВЧ была измерена мощность.

Данные сведены в таблицу.

Как видно из таблицы транзисторы СВЧ, изготовленные по предлагаемому способу (примеры 1-3) имеют мощность, превышающую мощность транзистора СВЧ - прототипа порядка 10 процентов и воспроизводимость размеров кристаллов транзистора порядка 90 процентов против 70 процентов в прототипе.

При формировании канавок на лицевой и обратной стороне полупроводниковой пластины глубиной, выходящей за пределы, указанные в формуле изобретения наблюдается:

либо низкая воспроиводимость (пример 4) и, как следствие, снижение мощности и выхода годных,

либо разрушение пластины (пример 5).

Таким образом, предлагаемый способ изготовления мощных транзисторов СВЧ позволит по сравнению с прототипом:

- во-первых, снизить тепловое сопротивление и тем самым повысить мощность транзистора СВЧ порядка десяти процентов,

- во-вторых, повысить выход годных, благодаря исключению механических повреждений, сколов, трещин и увеличения воспроизводимости размеров кристаллов.

- в-третьих, упростить способ изготовления благодаря исключению резки алмазными дисками.

Предлагаемый способ изготовления мощных транзисторов СВЧ может быть использован при изготовлении МИС СВЧ на их основе.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Иващук А.В., Босый В.И., Ковальчук В.Н. СВЧ полевые транзисторы средней мощности миллиметрового диапазона длин волн. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. №6, 2003 г., стр.27-31.

2. Handbook of Microwave and Optical Component Vol 2, 1990 г., Fabrication processes, p.518-523.

№ п/пГлубина канавки на лицевой стороне полупроводниковой подложки, мкмГлубина канавки на обратной стороне полупроводниковой подложки, мкмШирина канавки на лицевой стороне полупроводниковой подложки, мкмШирина канавки на обратной стороне, мкм при соотношении их ширины 3-2Мощность транзисторовВыход годных1888556Увеличение мощности порядка 10%Воспроизводимость размеров кристаллов порядка 90%. Отсутствуют механические повреждения, сколы, трещины2557046Увеличение мощности порядка 10%То же самое3101010066Увеличение мощности порядка 10%То же самое4336040Снижение мощностиУменьшение процента выхода порядка 10%5121211074 Разрушение пластины6прототип100%Воспроизводимость размеров кристаллов не превышает 70%. Наблюдаются механические повреждения, сколы, трещины

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления мощных транзисторов СВЧ и МИС на их основе. Сущность изобретения: способ изготовления мощных транзисторов СВЧ, заключающийся в формировании на лицевой стороне полупроводниковой пластины топологии транзисторов, напылении металлов, нанесении и травлении диэлектриков, гальванического осаждения золота, формировании канавок на лицевой стороне пластины вне топологии транзисторов для задания размера кристаллов транзисторов, утонении полупроводниковой пластины, формировании на обратной стороне пластины канавок непосредственно под канавками на лицевой стороне, формировании сквозных заземляющих отверстий для выводов транзисторов, формировании интегральных теплоотводов кристаллов транзисторов на базе интегрального теплоотвода с последующим разделением полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов химическим травлением с использованием интегральных теплоотводов кристаллов транзисторов в качестве маски. Техническим результатом изобретения является повышение мощности путем снижения теплового сопротивления, повышение выхода годных и упрощение способа изготовления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления мощных транзисторов СВЧ, включающий формирование на лицевой стороне полупроводниковой пластины топологии транзисторов с помощью электронной и фотолитографии, напыления металлов, нанесения и травления диэлектриков, гальванического осаждения золота, утонение полупроводниковой пластины до толщины менее 30 мкм, травление в полупроводниковой пластине сквозных заземляющих отверстий для выводов транзисторов, гальваническое осаждение на обратной стороне полупроводниковой пластины интегрального теплоотвода из золота толщиной более 30 мкм, разделение полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов, отличающийся тем, что перед утонением полупроводниковой пластины на ее лицевой стороне вне топологии транзисторов формируют канавки глубиной 5-10 мкм и шириной 70-100 мкм для задания размера кристаллов транзисторов, а после утонения полупроводниковой пластины формируют канавки на ее обратной стороне глубиной 5-10 мкм непосредственно под канавками на лицевой стороне, при этом соотношение их ширины равно 3-2, а формируют канавки с помощью фотолитографии и травления, после формирования интегрального теплоотвода формируют интегральные теплоотводы кристаллов транзисторов фотолитографией по интегральному теплоотводу с последующим его травлением в местах расположения канавок на обратной стороне полупроводниковой пластины, а разделение полупроводниковой пластины на кристаллы транзисторов осуществляют химическим травлением, при этом интегральные теплоотводы кристаллов транзисторов служат маской.2. Способ изготовления мощных транзисторов СВЧ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковой пластины используют, например, пластину арсенида галлия.