СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧИПОВ МОЩНЫХ НИТРИДНЫХ СВЧ-ТРАНЗИСТОРОВ Российский патент 2008 года по МПК H01L21/78 

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении мощных СВЧ-транзисторов с использованием гетероструктур на основе нитридов III группы.

Нитриды III группы обладают максимальной среди родственных соединений А3В5 шириной запрещенной зоны, высокой термической, химической и радиационной стойкостью. По этой причине нитридные гетероструктуры пригодны для изготовления опто - и микроэлектронных приборов повышенной мощности, активная область которых в процессе работы нагревается до температур 300-750°С. Вместе с тем технологические трудности получения объемных кристаллов нитридов III группы являются причиной того, что массовое производство подложек из этих материалов во всем мире на данный момент отсутствует. Практически все прикладные разработки нитридных приборов основаны на использовании чужеродных подложек, в той или иной мере рассогласованных с нитридами III группы по параметру решетки и коэффициенту термического расширения. Наиболее распространенным и коммерчески оправданным для массового производства вариантом является использование подложек из сапфира, обеспечивающих достаточное качество нитридных гетероструктур и приборов на их основе при относительно невысокой стоимости изготовления. Однако сапфировые подложки имеют низкую теплопроводность, ограничивающую мощностные возможности приборов из-за перегрева активной области в условиях недостаточного теплоотвода. Для достижения необходимых эксплуатационных характеристик мощных нитридных СВЧ-транзисторов, эпитаксиальные гетероструктуры, выращенные на сапфировых подложках, монтируют на диэлектрические пластины-носители, снабженные средствами для отвода тепла.

Известен способ изготовления нитридных полупроводниковых приборов на основе GaN, включающий в себя изготовление эпитаксиальной пластины путем наращивания полупроводниковой гетероструктуры на сапфировой подложке, разделение полученной эпитаксиальной пластины на отдельные активные элементы (чипы), последующее прикрепление чипов на теплоотводящую диэлектрическую пластину-носитель, утонение или удаление сапфировой подложки с обратной стороны гетероструктуры, разделение пластины-носителя с прикрепленными чипами на отдельные элементы и их корпусирование, WO 2006065046 А1. Способ может быть использован для изготовления нитридных СВЧ-транзисторов, однако, существенным его недостатком являются последствия предварительного разделения эпитаксиальной пластины на отдельные элементы, а также утонение (удаление) сапфировой подложки отдельных элементов. Сапфировые подложки эпитаксиальных пластин химически и механически устойчивы, и используемые на практике методы их разделения на чипы (колка алмазным резцом, резка алмазным диском или лазерная резка), а также их утонение (удаление) часто приводят к перераспределению механических напряжений в системе гетероструктура/подложка. В нитридных транзисторных гетероструктурах с двумерным электронным газом, подверженных влиянию внутренних поляризационных полей, изменение остаточных механических напряжений приводит к изменению электрофизических характеристик активного слоя гетероструктуры, и зачастую - к их полной деградации (исчезновению двумерного электронного газа).

Известен также способ изготовления чипов мощных нитридных СВЧ-транзисторов, включающий следующие операции: изготовление эпитаксиальной пластины, разделение ее на отдельные элементы (чипы), изготовление диэлектрической пластины-носителя, прикрепление эпитаксиальной пластины отдельными элементами к диэлектрической пластине, разделение диэлектрической пластины на отдельные элементы, соответствующие элементам эпитаксиальной пластины, прикрепленным к пластине-носителю, R.Vandersmissen, W.Ruythooren, J.Das, M.Germain, D.Xiao, D.Schreurs and G.Borghs, "Transfer from MHEMT to GaN HEMT Technology: Devices and Integration", International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology (MANTECH), New Orleans, Louisiana, USA, pp.237-240, 11-14 April 2005.

Этот способ принят в качестве прототипа настоящего изобретения. Прототип, как и вышеописанный аналог, имеет тот же недостаток, обусловленный предварительным разделением эпитаксиальной пластины на отдельные элементы: нежелательное перераспределение остаточных механических напряжений в системе эпитаксиальная гетероструктура/сапфировая подложка, и, как следствие, изменение электрофизических характеристик активного слоя гетероструктуры или даже ее полную деградацию (исчезновение двумерного электронного газа). Нередко при предварительном разделении эпитаксиальной пластины на отдельные элементы и при утонении (удалении) сапфировой подложки отдельных элементов происходит физическое разрушение эпитаксиальной пластины.

Задачей настоящего изобретения является предотвращение перераспределения остаточных механических напряжений в системе эпитаксиальная гетероструктура/сапфировая подложка, образующей эпитаксиальную пластину, при разделении последней на отдельные элементы (чипы) и обеспечение тем самым сохранения электрофизических характеристик эпитаксиальной гетероструктуры.

Согласно изобретению в способе изготовления чипов мощных нитридных СВЧ-транзисторов, включающем изготовление эпитаксиальной пластины, изготовление диэлектрической пластины-носителя, прикрепление эпитаксиальной пластины к диэлектрической пластине-носителю, разделение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя на отдельные элементы и образование чипов, разделение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя на отдельные элементы и образование чипов осуществляют после прикрепления эпитаксиальной пластины к диэлектрической пластине-носителю.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Благодаря тому, что эпитаксиальную пластину разделяют на отдельные элементы не предварительно, а одновременно и совместно с диэлектрической пластиной-носителем, с которой эпитаксиальная пластина предварительно прочно соединена с образованием монолитного блока, эпитаксиальная гетероструктура, находясь в монолитном блоке, приобретает повышенную устойчивость к механическим воздействиям; это обеспечивает весьма важный технический результат, который состоит в том, что, практически, полностью предотвращается перераспределение остаточных механических напряжений в системе эпитаксиальная гетероструктура/сапфировая подложка и обеспечивается сохранение электрофизических характеристик активного слоя гетероструктуры.

Во всех известных заявителю способах изготовления чипов мощных нитридных СВЧ-транзисторов эпитаксиальную пластину прикрепляли к пластине-носителю в виде отдельных, предварительно полученных разделением эпитаксиальной пластины частей со всеми вытекающими из этого негативными последствиями. Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, в которых содержались бы сведения об отличительных признаках настоящего изобретения и их связи с достигаемым техническим результатом. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Способ иллюстрируется схематическими чертежами, на которых изображено (в продольном разрезе):

на фиг.1 - эпитаксиальная пластина;

на фиг.2 - диэлектрическая пластина-носитель;

на фиг.3 - диэлектрическая пластина-носитель с контактами;

на фиг.4 - эпитаксиальная пластина, совмещенная с диэлектрической пластиной-носителем;

на фиг.5 - эпитаксиальная пластина, прикрепленная к диэлектрической пластине-носителю;

на фиг.6 - то же, что на фиг.5, произведено утонение сапфировой подложки эпитаксиальной пластины;

на фиг.7 - то же, что на фиг.6, соединенные между собой пластины разделены на отдельные элементы (чипы);

на фиг.8 - чипы с прикрепленными к ним теплоотводящими элементами.

Заявленный способ реализуют следующим образом.

Изготавливают эпитаксиальную пластину (фиг.1), для чего на сапфировой подложке 1 выращивают эпитаксиальную нитридную гетероструктуру 2 и затем при помощи стандартных планарных операций на ней формируют элементы 3 приборной топологии. Затем из диэлектрического материала, в частности поликора, изготавливают диэлектрическую пластину-носитель 4 (фиг.2) и выполняют в ней сквозные отверстия 5 малого диаметра, расположение которых соответствует расположению элементов 3 приборной топологии эпитаксиальной пластины, и сквозные отверстия 6 большего диаметра, расположенные в области межприборной изоляции. Затем методом фотолитографии изготавливают контакты 7 (фиг.3), расположение которых соответствует расположению элементов 3. Далее эпитаксиальную пластину совмещают с диэлектрической пластиной-носителем, при этом элементы 3 приборной топологии совмещаются с контактами 7 (фиг.4). После этого пространство между пластинами заполняют через отверстия 6 теплопроводящим самотвердеющим компаундом 8. В результате эпитаксиальная гетероструктура 2 оказывается заключенной в прочный «сэндвич», образованный подложкой 1 и пластиной 4 (фиг.5). Далее осуществляют утонение сапфировой подложки 1 посредством химико-динамического метода и нанесение на нее тонкого металлического покрытия (на чертежах не показано) (фиг.6). Затем полученную структуру (блок) разделяют, например, посредством резки алмазным диском на отдельные элементы - чипы, как это показано на фиг.7. После этого к тонкому металлическому покрытию каждого чипа при помощи стандартного припоя 9 прикрепляют теплоотводящие элементы 10.

Заявленный способ дает возможность изготовления чипов при обеспечении повышенной устойчивости эпитаксиальной гетероструктуры, обусловливает предотвращение остаточных механических напряжений и позволяет сохранить электрофизические характеристики эпитаксиальной гетероструктуры и изготовленных чипов.

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении мощных СВЧ-транзисторов с использованием гетероструктур на основе нитридов III группы. Сущность изобретения: в способе изготовления чипов мощных нитридных СВЧ-транзисторов, включающем изготовление эпитаксиальной пластины, изготовление диэлектрической пластины-носителя, совмещение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя, разделение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя на отдельные элементы и образование чипов, разделение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя на отдельные элементы и образование чипов осуществляют после совмещения эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя. В результате предотвращается перераспределение остаточных механических напряжений в системе эпитаксиальная гетероструктура/сапфировая подложка, образующей эпитаксиальную пластину, при разделении последней на отдельные элементы (чипы) и обеспечивается тем самым сохранение электрофизических характеристик эпитаксиальной гетероструктуры. 8 ил.

Способ изготовления чипов мощных нитридных СВЧ-транзисторов, включающий изготовление эпитаксиальной пластины путем выращивания на сапфировой подложке эпитаксиальной нитридной гетероструктуры и формирование на ней элементов транзисторной топологии, изготовление диэлектрической пластины-носителя, совмещение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя, разделение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя на отдельные элементы и образование чипов, отличающийся тем, что разделение эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя на отдельные элементы и образование чипов осуществляют после совмещения эпитаксиальной пластины и диэлектрической пластины-носителя.