Page 27 - CSC_issue4_2017_eMag.pdf
P. 27
技术 | Technology – GaN
开发了一种外延剥离(ELO)技术,可将 III-N 材
料、器件或电路转移到另一个衬底上(参见图 2
的综述)。高技术首先需要制作一个 Nb 2 N / SiC 模
板,在进行传统的前端工艺步骤之前先用外延制
作好 III-N 异质结构,以形成器件或电路。随后进
行电测试和 / 或良率筛选,用于识别的哪些已知
是好的器件或电路来用于转移。对掩模层进行器
件图形化以便于实现 ELO,利用深层台面干法蚀
刻来暴露出 Nb 2 N 埋层。在利用 XeF 2 进行释放蚀
刻步骤之前,先将光致抗蚀胶固定并对其顶部保
图3.(左图)转移到硅衬底和80nm层间电介质上的N-极性GaN HEMT(2×75μm)的扫描电子
护层进行图形化,来将器件临时固定在一个适当 显微镜照片。(右图)用层间绝缘胶粘结各种衬底后器件的传输特性。1.5μm厚粘接层器件传输
曲线轻微向下是由器件金属电极合金化工艺的应力所致,因为未经加工的III-N异质结构材料的
位置上。 释放区域相对较为平坦,且具有与目标衬底的优良结合特性。目前正在对残余应力进行调查和
寻求解决措施。期望通过改变所释放器件薄层的几何形状,和/或改变临时外部应变补偿光刻胶
微转印(micro-transfer printing)是一项用于 层或介电层,来在粘合步骤期间中减小它的弯曲程度。
转移系链器件的技术。该技术由美国 Illinois 大学,
现西北大学的 John Rogers 团队率先开发,并由 漏极电流数值有所下降可能是由器件自身的热效
X-Celeprint 公司实现了商业化。它的关键技术是 应引起的,这可以归因于器件 / 衬底接合界面处
使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性“印章”从 的热阻,以及与目标衬底之间的热导率差异所致。
源晶圆拾取器件,并将它转移放置在目标衬底上。 在电路设计师的理想世界中,最佳解决方案
这种方法具有很大的操作自由度,因为 的要义包括能将不同技术 / 材料实现无缝的结合,
PDMS“印章”可以定制成各种客户所需的形状 就像将五彩的乐高积木搭建成为一个整体。然而,
和尺寸,来确定 PDMS“印章”和分离释放器件 这种异构整合的概念还远未能达到完全实现。
之间的接触面积。此外,PDMS“印章”还可实 其中主要的障碍之一是在于,用于确保电子
现多个器件的批量式转移。 材料高质量生长的衬底往往与关键设计目标(例
在进行器件转移时,PDMS“印章”先与 如低热阻和成本)并不兼容。
需转移的器件接触,随后“印章”回缩以彻底
打破器件与源晶圆的系链,并使器件能粘附在 应用机会的评估
PDMS“印章”上而与源晶圆完全分离。为了将器 由于将 Nb 2 N 作为 ELO 的牺牲层是一种全新
件转移到目标衬底上(可以是另一个半导体晶圆, 的想法,因此很难预测其对化合物半导体的影响。
或玻璃、纸、金属或任何其他材料),此时粘附着 然而,Nb 2 N 在以下几个方面确实有着它的发展潜
器件的弹性“印章”与新的衬底进行接触,此时 力 :可用来制造提升了散热性能的射频功率放大
“印章”还需要作一定程度的横向(剪切)运动并 器 ;为异构整合提供一种新的工艺途径 ;柔性衬
以较慢的速度回缩,以减小器件和“印章”间的 底上制作 LED 器件以及下一代无线通信中具有更
粘附力,最终将器件放置并驻留在目标衬底上。 高频率的 RF 滤波器。我们将一一讨论在这些方
在器件转移之前,可以通过在目标衬底上涂 面的应用。
覆粘合剂薄层来改善器件与衬底间的粘合性。随 基于 GaN 的 MMIC 的最大弱点之一是,其
后也可以进一步对已经转移器件的目标衬底进行 性能虽然明显超越传统 III-V,但它在功率方面还
处理,这是由于转移器件的放置精度优于 2μm。 存在如降低了峰值结温,易造成芯片早期故障等
在使用 ELO 将器件转移到目标衬底之后,我 问题。为了解决这个缺点,研究者们提出了几个
们对 N 极性 HEMT 的电性能进行了评估。为了提 解决方案,以改进 GaN HEMT 的热管理性能,例
高器件与目标衬底的粘合性,我们在转移过程前 如 DARPA 近结端热传输(NJTT)和芯片间和芯
线涂敷了一层厚为 80nm 的层间介电聚合物层。 片内的增强冷却(ICECool)等方法。而利用我
我们进行了电学测量来比较与不同目标衬底 们的技术采用的是一个与 NJTT 相类似的方法,
结合的器件的性能(参见图 3,其中包括硅上转 是将器件或 MMIC 膜层从 SiC 衬底转移到单晶金
移器件的扫描电子显微图)。经释放转移后器件的 刚石晶圆上。这将使得器件能置于导热率高五倍
www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2017年第4期 25