用于在工程化衬底上制造MMIC器件和RF器件的方法和系统技术方案

一种单片微波集成电路(MMIC)系统包括：生长衬底，联接到生长衬底的器件层，联接到器件层的多个MMIC器件元件，以及联接到多个MMIC器件元件的多个金属化结构。MMIC系统还包括联接到多个金属化结构的承载衬底和联接到承载衬底的冷却结构。底的冷却结构。底的冷却结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在工程化衬底上制造MMIC器件和RF器件的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年10月14日提交的第63/091,777号美国临时专利申请的优先权，其公开内容出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]高频、高性能射频(RF)集成器件(例如高频晶体管或高电子迁移率晶体管(HEMT))可以使用复合半导体制造。例如，为了制造RF器件，外延层(例如氮化镓(GaN))可以通过异质外延(epi)生长工艺形成，所述异质外延(epi)生长工艺涉及在半导体承载衬底(例如为硅、碳化硅(SiC)、蓝宝石或其它衬底)上沉积GaN，所述半导体承载衬底具有与所沉积的GaN不同的晶格结构(或晶格常数)。GaN和承载衬底之间的晶格失配可能产生缺陷、位错和应变，这些缺陷、位错和应变可能不利地影响器件的良率和性能。此外，GaN层和承载衬底可以具有不同的热膨胀系数(CTE)。热处理(例如，GaN外延生长)可以使GaN破裂或分层、或者导致弯曲，并且在一些情况下，使承载衬底断裂。不同的CTE可以限制衬底晶片尺寸，限制规模，并阻碍RF器件和解决方案的总制造成本的降低。
[0004]单片微波集成电路(MMIC)器件是在微波频率(例如从300MHz到300GHz)工作的集成电路器件。MMIC器件适用于微波混合、功率放大和高频开关以及其它应用。尽管在RF和MMIC器件制造方面取得了进展，但是在本领域中仍然需要与RF器件和MMIC器件的制造相关的改进的方法和系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术总体上涉及使用工程化衬底制造RF器件和MMIC器件的方法和系统。更具体地，本专利技术涉及使用工程化衬底制造MMIC器件结构的方法和系统。仅作为示例，本专利技术被应用于用于制造MMIC器件的方法和系统，该方法和系统使用联接到可替代工程化衬底的器件层，该可替代工程化衬底的特点是在MMIC器件的高频操作期间的低损耗。该方法和技术可应用于各种半导体处理操作。
[0006]根据本专利技术的实施例，提供了一种单片微波集成电路(MMIC)系统。MMIC系统包括：生长衬底；联接到生长衬底的器件层；以及联接到器件层的多个MMIC器件元件。MMIC系统还包括：联接到多个MMIC器件元件的多个金属化结构；联接到所述多个金属化结构的承载衬底；以及联接到承载衬底的冷却结构。
[0007]根据本专利技术的另一个实施例，提供了一种制造MMIC系统的方法。该方法包括：提供包括生长衬底和联接到生长衬底的器件层的工程化衬底；使用器件层制造多个MMIC器件元件；以及提供包括多个金属结构的承载衬底。所述方法还包括：将所述多个金属结构键合到所述多个MMIC器件元件；去除所述生长衬底的一部分；以及去除所述承载衬底的一部分。该方法还包括：形成联接到生长衬底的接地/电源平面；形成从接地/电源平面通到多个MMIC器件元件中的一者或更多者的多个通孔，以及将冷却结构接合到承载衬底。
[0008]根据本专利技术的具体实施例，提供了一种单片微波集成电路(MMIC)系统。MMIC系统
包括：可替代工程化衬底；联接到可替代工程化衬底的器件层，联接到器件层的多个MMIC器件元件；以及联接到多个金属化结构的承载衬底。MMIC系统还包括：联接到可替代工程化衬底的接地/电源平面；将接地/电源平面连接到多个MMIC器件元件的多个通孔；以及联接到接地/电源平面的冷却结构。
[0009]根据本专利技术的另一个具体实施例，提供了一种制造MMIC系统的方法。该方法包括：提供包括生长衬底和联接到生长衬底的器件层的工程化衬底；使用器件层制造多个MMIC器件元件；提供承载衬底；将承载衬底键合到多个MMIC器件元件；以及去除生长衬底。该方法还包括：将可替代工程化衬底键合到器件层；去除可替代工程化衬底的一部分；形成联接到可替代工程化衬底的接地/电源平面；形成从接地/电源平面通到多个MMIC器件元件中的一者或更多者的多个通孔；以及将冷却结构接合到接地/电源平面。
[0010]根据本专利技术的特定实施例，提供了一种单片微波集成电路(MMIC)系统。MMIC系统包括：可替代工程化衬底；联接到可替代工程化衬底的器件层；联接到器件层的多个MMIC器件元件；联接到可替代工程化衬底的接地/电源平面；将接地/电源平面连接到多个MMIC器件元件的多个通孔；以及联接到接地/电源平面的冷却结构。
[0011]根据本专利技术的另一特定实施例，提供了一种制造MMIC系统的方法。该方法包括：提供包括生长衬底和联接到生长衬底的器件层的工程化衬底；将处理衬底接合到器件层；以及去除生长衬底。该方法还包括：将可替代工程化衬底键合到器件层；去除处理衬底；使用器件层制造多个MMIC器件元件；以及去除可替代工程化衬底的一部分。该方法还包括：形成联接到可替代工程化衬底的剩余部分的接地/电源平面，形成从接地/电源平面通到多个MMIC器件元件中的一者或更多者的多个通孔；以及将冷却结构接合到接地/电源平面。
[0012]与常规技术相比，通过本专利技术可以获得许多益处。例如，本专利技术的实施例提供了用于制造MMIC器件的系统和方法，其可以通过在大面积衬底上的制造以及更容易/更快的制造步骤以更低的成本进行制造。本专利技术的这些和其它实施例以及其许多优点和特征将结合下面的文本和附图进行更详细的描述。
附图说明
[0013]图1是示出根据本专利技术实施例的工程化衬底的简化示意图。
[0014]图2是示出根据本专利技术实施例的可替代工程化结构的简化示意图。
[0015]图3A是根据本专利技术的实施例在工程化衬底上形成的MMIC器件元件的横截面图。
[0016]图3B是根据本专利技术实施例的具有金属互连的承载衬底的截面图。
[0017]图3C是示出根据本专利技术实施例的具有图3A中所示的MMIC器件元件的工程化衬底相对于图3C中所示的具有金属互连的承载衬底的布置的横截面图。
[0018]图3D是示出根据本专利技术实施例的将具有MMIC器件元件的工程化衬底键合到具有金属互连的承载衬底的横截面图。
[0019]图3E是示出根据本专利技术实施例的去除工程化衬底的一部分和承载衬底的一部分的横截面图。
[0020]图3F是示出根据本专利技术实施例在工程化衬底中形成通孔的截面图。
[0021]图3G是示出根据本专利技术实施例的将冷却结构附接到承载衬底的横截面图。
[0022]图3H是示出根据本专利技术实施例的制造MMIC系统的方法的简化流程图。
[0023]图4A是示出根据本专利技术实施例的使用双面冷却结构的可替代实施例的横截面图。
[0024]图4B是示出根据本专利技术实施例的使用双面接地/电源平面和冷却结构的第二可替代实施例的横截面图。
[0025]图5A是根据本专利技术实施例在工程化衬底的器件层中形成的MMIC器件元件的横截面图。
[0026]图5B是示出根据本专利技术实施例的将承载衬底键合到MMIC器件元件的截面图。
[0027]图5C是示出根据本专利技术实施例的去除工程化衬底的一部分的横截面图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单片微波集成电路(MMIC)系统，包括：生长衬底；联接到所述生长衬底的器件层；联接到所述器件层的多个MMIC器件元件；联接到所述多个MMIC器件元件的多个金属化结构；联接到所述多个金属化结构的承载衬底；和联接到所述承载衬底的冷却结构。2.根据权利要求1所述的MMIC系统，其中，所述生长衬底的热膨胀系数(CTE)与所述器件层的CTE基本上匹配。3.根据权利要求1所述的MMIC系统，其中，所述生长衬底包括多晶陶瓷芯。4.根据权利要求3所述的MMIC系统，其中，所述多晶陶瓷芯包括氮化铝。5.根据权利要求1所述的MMIC系统，其中，所述器件层的厚度大于1μm。6.根据权利要求5所述的MMIC系统，其中，所述厚度在1μm和10μm之间。7.根据权利要求1所述的MMIC系统，其中，还包括：将接地/电源平面连接到所述多个MMIC器件元件的多个通孔。8.根据权利要求7所述的MMIC系统，还包括：联接到所述接地/电源平面的第二冷却结构。9.根据权利要求1所述的MMIC系统，还包括：联接到所述承载衬底的第二接地/电源平面；和第二多个通孔，其从所述第二接地/电源平面通到所述多个金属结构中的一者或更多者。10.根据权利要求9所述的MMIC系统，其中，还包括：联接到所述第二接地/电源平面的第二冷却结构。11.根据权利要求1所述的MMIC系统，其中，所述器件层包括氮化镓(GaN)。12.一种制造MMIC系统的方法，所述方法包括：提供工程化衬底，所述工程化衬底包括生长衬底和联接到所述生长衬底的器件层；使用所述器件层制造多个MMIC器件元件；提供包括多个金属结构的承载衬底；将所述多个金属结构键合到所述多个MMIC器件元件；去除所述生长衬底的一部分；去除所述承载衬底的一部分；形成联接到所述生长衬底的接地/电源平面；形成从所述接地/电源平面通到所述多个MMIC器件元件中的一者或更多者的多个通孔；和将冷却结构接合到所述承载衬底。13.根据权利要求12所述的方法，还包括：将第二冷却结构接合到所述接地/电源平面。14.根据权利要求12所述的方法，还包括，在将所述冷却结构接合到所述承载衬底之前：形成联接到所述承载衬底的第二接地/电源平面；和
形成从所述第二接地/电源平面通到所述多个金属结构中的一者或更多者的第二多个通孔。15.根据权利要求14所述的方法，还包括：将第二冷却结构接合到所述接地/电源平面。16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述生长衬底的热膨胀系数(CTE)与所述器件层的CTE基本上匹配。17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述生长衬底包括多晶陶瓷芯。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述多晶陶瓷芯包括氮化铝。19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述器件层的厚度在1μm和10μm之间。20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述器件层包括氮化镓(GaN)。21.一种单片微波集成电路(MMIC)系统，包括：可替代工程化衬底；联接到所述可替代工程化衬底的器件层；联接到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥兹古，
申请(专利权)人：克罗米斯有限公司，
类型：发明
国别省市：