本发明专利技术公开了GaN微波功率开关与SiCMOS驱动单片集成芯片及其制备方法，采用通过层转移工艺，将仅约10μm厚的SiCMOS驱动电路功能薄层与GaN微波功率开关电路进行集成，构建GaN基微波功率开关与SiCMOS单片集成芯片。集成芯片厚度相比纯GaN芯片，增加小于10％。同时通过微电子工艺中的微带线工艺实现信号的互联，将GaN微波功率开关与SiCMOS之间的互联长度缩短至数十微米，仅为传统键合线长度的5％。在减小电路额外寄生、缩小芯片总面积的同时，将GaN电路的高性能与SiCMOS电路的高集成度、低功耗等优势紧密结合，充分发挥不同材料各自的性能优势，进一步提高电路的综合性能，满足未来通信、雷达等系统的发展要求。雷达等系统的发展要求。雷达等系统的发展要求。
【技术实现步骤摘要】
GaN微波功率开关与Si CMOS驱动单片集成芯片及其制备方法
[0001]本专利技术属于半导体器件
，特别涉及GaN微波功率开关与Si CMOS驱动电路的集成技术。
技术介绍
[0002]传统的天线端收发切换器件采用的是大功率环形器或者大功率开关，GaN HEMT功率开关MMIC具有大功率、低损耗、高隔离、小体积等优点，是实现电子系统进一步小型化、轻量化最理想的方案。然而在实际应用中，GaN功率开关MMIC必须外接Si CMOS驱动电路产生互补电平来进行控制信号切换，但是这两种电路是在不同的衬底上通过不同的加工技术制造，通常GaN功率开关MMIC和Si CMOS驱动电路是分开装配，电路总面积大、工序复杂且成品率低。
技术实现思路
[0003]针对上述现有技术的不足，本专利技术创新采用通过层转移工艺，将Si CMOS驱动电路功能薄层与GaN微波功率开关电路进行集成，构建GaN基微波功率开关与Si CMOS单片集成芯片。
[0004]一种GaN微波功率开关与Si CMOS驱动单片集成芯片，包括GaN微波功率开关和Si CMOS驱动电路薄膜，所述Si CMOS驱动电路薄膜位于GaN微波功率开关的衬底上方。
[0005]进一步地，所述GaN微波功率开关的衬底材料为Si基GaN或SiC基GaN；所述GaN微波功率开关中的GaN器件结构为平面导通型HEMT器件；所述Si CMOS驱动电路薄膜的衬底材料为SOI。
[0006]GaN微波功率开关与Si CMOS驱动单片集成芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)设计GaN微波功率开关电路，流片得到GaN微波功率开关晶圆；
[0008]2)设计Si CMOS驱动电路，流片得到Si CMOS晶圆，并切割出需要集成到GaN微波功率开关上的Si CMOS驱动芯片；
[0009]3)在Si CMOS驱动芯片的正面旋涂粘附剂；
[0010]4)将Si CMOS驱动芯片正面与临时载片正面相对进行临时键合；
[0011]5)将与临时载片键合的Si CMOS驱动芯片的衬底Si减薄；
[0012]6)将与临时载片键合的Si CMOS驱动芯片的剩余Si衬底去除；
[0013]7)在去除衬底Si后的Si CMOS驱动芯片背面旋涂永久键合材料；
[0014]8)将去除衬底Si的Si CMOS驱动芯片背面和GaN微波功率开关正面进行永久键合；
[0015]9)将临时载片与键合结构进行分离，并清洗；
[0016]10)在键合结构上方制备微带线，将信号端口进行互联，最终得到由GaN微波功率开关与Si CMOS驱动电路组成的单片集成芯片。
[0017]进一步地，在步骤2)中，所述Si CMOS驱动电路的衬底材料为SOI，氧化硅厚度为100nm
‑
5μm，衬底Si厚度为300μm
‑
700μm；Si CMOS驱动电路的尺寸为100μm
‑
1cm。
[0018]进一步地，在步骤3)中，所述粘附剂包括但不限于光刻胶、高温蜡类或BCB。
[0019]进一步地，在步骤4)中，所述临时载片为蓝膜、蓝宝石、硅片、碳化硅片或氮化铝片；所述临时键合的温度为80
‑
350℃，压力为50MPa—5000MPa，时间为5
‑
60分钟。
[0020]进一步地，在步骤5)中，衬底Si减薄的方法为机械研磨、机械抛光和化学抛光中的任意一种或多种，减薄后的剩余Si厚度不小于1μm，且不大于100μm。
[0021]进一步地，在步骤6)中，剩余Si衬底去除的方法为湿法腐蚀或干法刻蚀中的任意一种或多种，剩余Si全部去除后露出SOI中的氧化硅背面。
[0022]进一步地，在步骤7)中，所述永久键合材料为聚合物BCB或PI，或者金属焊料金锡或金铟，永久键合材料的厚度为20nm至20μm；在步骤8)中，所述永久键合方式为共晶键合、热压键合、活化键合或直接键合，键合温度为100℃至400℃，键合时间为1分钟至3小时，键合压力为10N至20000N。
[0023]进一步地，在步骤9)中，分离方法为热解、光解和气解；在步骤10)中，所述微带线的金属为金、铜或铝，微带线的厚度为100nm至5μm。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术将仅约10μm厚的Si CMOS驱动电路功能薄层与GaN微波功率开关电路进行集成，构建GaN基微波功率开关与Si CMOS单片集成芯片。通过半导体微带线工艺实现GaN与CMOS信号的互联，互联长度仅为十微米量级，为传统键合线长度的5％。在显著降低集成芯片面积的前提下，减小额外寄生和传输损耗，实现综合性能提升。
附图说明
[0026]图1是在GaN表面制备GaN微波功率开关电路图；
[0027]图2是SOI顶层硅表面制备Si CMOS驱动电路图；图2下方是划好的分立的Si CMOS驱动芯片；
[0028]图3是在Si CMOS驱动芯片正面旋涂粘附剂，并将其与临时载片正面相对临时键合示意图；
[0029]图4是将与临时载片键合的Si CMOS驱动芯片的衬底Si减薄示意图；
[0030]图5是将与临时载片键合的Si CMOS驱动芯片剩余Si衬底去除示意图；
[0031]图6是在去除衬底Si后的Si CMOS驱动芯片背面旋涂永久键合材料示意图；
[0032]图7是将去除衬底Si的Si CMOS驱动芯片背面和GaN微波功率开关正面进行永久键合示意图；
[0033]图8是将临时载片与GaN微波功率开关和Si CMOS驱动电路的键合结构进行分离，并清洗示意图；
[0034]图9是在GaN微波功率开关与Si CMOS键合结构上方制备微带线，将信号端口进行互联，得到GaN微波功率开关与Si CMOS驱动电路薄膜组成的单片集成芯片示意图。
[0035]标号说明：
[0036]1、GaN HEMT器件；2、GaN外延层；3、GaN衬底；4、Si CMOS器件层；5、SOI上的氧化硅层；6、SOI上的Si衬底；7、临时载片；8、粘附剂；9、永久键合材料；10、微带线。
具体实施方式
[0037]下面结合附图进一步描述本专利技术的技术方案。
[0038]一种GaN微波功率开关与Si CMOS驱动单片集成芯片及其制备方法，包括以下步骤：
[0039]①
设计GaN微波功率开关电路，流片得到GaN微波功率开关晶圆：其中GaN微波功率开关衬底材料包括但不限于Si基GaN、SiC基GaN中的一种，所述GaN微波功率开关中的GaN器件结构为平面导通型HEMT器件，在需集成Si CMOS驱动电路薄膜的地方预留出位置，如图1所示。
[0040]②
设计Si CMOS驱动电路，流片得到Si CMOS晶圆，并切割出需要集成到GaN微波功率开关上的驱动芯片：其中Si C本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种GaN微波功率开关与Si CMOS驱动单片集成芯片，其特征在于，包括GaN微波功率开关和Si CMOS驱动电路薄膜，所述Si CMOS驱动电路薄膜位于GaN微波功率开关的衬底上方。2.根据权利要求1所述GaN微波功率开关与Si CMOS驱动单片集成芯片，其特征在于，所述GaN微波功率开关的衬底材料为Si基GaN或SiC基GaN；所述GaN微波功率开关中的GaN器件结构为平面导通型HEMT器件；所述Si CMOS驱动电路薄膜的衬底材料为SOI。3.GaN微波功率开关与Si CMOS驱动单片集成芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设计GaN微波功率开关电路，流片得到GaN微波功率开关晶圆；2)设计Si CMOS驱动电路，流片得到Si CMOS晶圆，并切割出需要集成到GaN微波功率开关上的Si CMOS驱动芯片；3)在Si CMOS驱动芯片的正面旋涂粘附剂；4)将Si CMOS驱动芯片正面与临时载片正面相对进行临时键合；5)将与临时载片键合的SiCMOS驱动芯片的衬底Si减薄；6)将与临时载片键合的SiCMOS驱动芯片的剩余Si衬底去除；7)在去除衬底Si后的SiCMOS驱动芯片背面旋涂永久键合材料；8)将去除衬底Si的Si CMOS驱动芯片背面和GaN微波功率开关正面进行永久键合；9)将临时载片与键合结构进行分离，并清洗；10)在键合结构上方制备微带线，将信号端口进行互联，最终得到由GaN微波功率开关与Si CMOS驱动电路组成的单片集成芯片。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述Si CMOS驱动电路的衬底材料为SOI，氧化硅厚度为10...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴家赟，韩群飞，孔月婵，张有涛，王飞，陈堂胜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：
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