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
   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32