專利名稱：以第三族氮化物為基的倒裝片集成電路及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物基半導體器件，更具體地說，涉及氮化物基功率器件，其以倒裝法安裝在具有無源元件和/或前置級放大器的電路襯底上。
背景技術(shù)：
微波系統(tǒng)通常使用固態(tài)晶體管作為放大器和振蕩器，導致系統(tǒng)尺寸大大地縮小和可靠性大大提高。為了適應微波系統(tǒng)數(shù)量的擴大，人們對提高微波系統(tǒng)的工作頻率和功率很感興趣。較高頻率信號能傳送更多數(shù)據(jù)(頻寬)，可使較小型天線具有極高增益，而且可為雷達提供改進的解析度。
埸效應晶體管(FET)和高電子遷移率晶體管(HEMT)是常見的固態(tài)晶體管，其可由半導體材料制造，諸如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。硅的一個缺點是其電子遷移率低(大約1450cm2/V-s)，從而產(chǎn)生一高源電阻。這種高源電阻嚴重地降低硅基HEMT潛在的高性能增益?！睠RC Press，The Electrical Engineering Handbook，第二版，Dorf，第994頁，(1997)〕砷化鎵也是一種常用于HEMT的材料并且已成為在民用和軍用雷達、手機蜂窩式和衛(wèi)星通信中的信號放大用的標準材料。砷化鎵比硅具有一較高的電子遷移率(大約6000cm2/V-s)和一較低的源電阻以致砷化鎵基器件可以較高頻率運行。然而，砷化鎵相對較小的帶隙(在室溫為1.42電子伏特)和相對較小的擊穿電壓使砷化鎵基HEMT不能供給大功率。
在以第三族氮化物為基的半導體材料，諸如氮化鎵(GaN)和氮化鎵鋁(AlGaN)制作中的改進已把注意力集中在AlGaN/GaN基器件，諸如HEMT的研發(fā)。這些器件能產(chǎn)生大額功率，歸因于其獨特的材料特性組合，包括高擊穿埸、寬帶隙(GaN在室溫時為3.36電子伏特)、大導帶偏移以及高飽和電子漂移速度。相同尺寸的AlGaN/GaN放大器比一在相同頻率工作的砷化鎵放大器可產(chǎn)生多達十倍的功率。
Khan等人的美國專利5,192,987揭示在一緩沖器和一襯底上生長的AlGaN/GaN基HEMT以及一種HEMT生產(chǎn)方法。其它已揭示的HEMT有Gaska等人的″High-Temperature Performance of AlGaN/GaN HFET′s on SiC Substraes″，IEEEElectron Device Letters，Vol.18，No 10，1997年10月，第492頁；以及Wu等人的″High Al-content AlGaN/GaN HEMTs With Very High Performance″，IEDM-1999 Digest第925-927頁，Washington DC，1999年12月。這些器件有些已展示一高達100千兆赫的增益帶寬積(fT)(Lu等人的″AlGaN/GaN HEMTs on SiC With Over 100GHz fT andLow Microwave Noise″，IEEE Transactions on Electron Devices，Vol.48，No.3，2001年3月，第581-585頁)以及在X波段上的高達10W/mm的大功率密度(Wu等人的″Bias-dependent Performance of High-Power AlGaN/GaN HEMTs″，IEDM-2001，Washington DC，2001年12月2-6日)。
以第三族氮化物為基的半導體器件通常在藍寶石或碳化硅襯底上制造。藍寶石襯底的一缺點是其導熱率差以及在藍寶石襯底上形成的器件的總功率輸出會受限于襯底的熱散逸。藍寶石襯底也難以蝕刻。碳化硅襯底有較高的導熱率(3.5-4w/cmk)但其缺點是昂貴和得不到大直徑的晶圓。典型的半絕緣碳化硅晶圓的直徑為兩時，而且如果晶體管的活性層連同無源元件、互連件和/或前置級放大器一起在晶圓上形成，每晶圓生產(chǎn)的器件數(shù)目會相對較低。這樣的低產(chǎn)量增加了在碳化硅上制造第三族晶體管的成本。
現(xiàn)有的直徑較大的砷化鎵(GaAs)和硅(Si)半絕緣晶圓的成本相比直徑較小的碳化硅晶圓為低。砷化鎵和硅晶圓較易蝕刻而且導電率低。這些晶圓的另一優(yōu)點是半導體器件的沉積及其它的處理可以在一商業(yè)性玻璃廠中進行，這樣能降低成本。這些晶圓的一缺點是其不能容易地用作一以第三族氮化物為基的器件用的襯底，因為材料之間的晶格失配會導致半導體器件的質(zhì)量低劣。這些晶圓的另一缺點是其導熱率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種集成電路和一種集成電路制造方法，其結(jié)合使用成本較高、直徑較小的晶圓與成本較低、直徑較大的晶圓以便以一高產(chǎn)率生產(chǎn)成本較低的集成電路。有源半導體器件和端子在一成本較高并且得不到較大直徑的晶圓上形成。為了避免耗用成本較高的晶圓上的空間，無源元件、前置級放大器和/或互連件在一成本較低且直徑較大的晶圓上形成。有源半導體器件然后以倒裝法與有關(guān)元件裝在成本較低，直徑較大的晶圓上。
一種根據(jù)本發(fā)明的一種集成電路的制造方法包括在一晶圓上形成多個有源半導體器件，每一所述半導體器件包括至少兩半導體材料層及與所述半導體材料層電接觸的端子。在所述晶圓的每一有源半導體器件上的至少一端子上形成焊接點以及使所述有源半導體器件分開。然后在一電路襯底的一表面上形成無源元件和互連件以及形成至少一穿過所述電路襯底的傳導通道。使至少一所述有源半導體器件以倒裝法裝在所述電路襯底上且至少一所述焊接點與所述傳導通道的其中之一電接觸。
一根據(jù)本發(fā)明的一種倒裝片集成電路的實施例包括一電路襯底，在其一表面上具有無源元件和互連件與至少一穿過所述電路襯底的傳導通道。該實施例包括一帶有一襯底的有源半導體器件，在所述襯底上具有半導體材料層以及形成至少一端子。包括的至少一端子與至少一所述半導體材料層電接觸。所述有源半導體器件以倒裝法裝在所述電路襯底上且所述至少一傳導通道的其中之一與所述至少一端子的其中之一接觸。
本發(fā)明特別適用于在一碳化硅襯底上生長以第三族氮化物為基的有源半導體器件，然后再分成個別的器件。無源元件，前置級放大器以及互連件然后可在一成本較低，直徑較大的由砷化鎵或硅制成的晶圓上形成，或者可在其它的電絕緣襯底上形成。在分離后，一或多個所述第三族器件可以以倒裝法裝在砷化鎵或硅襯底上。
本發(fā)明的這些和其它的進一步特征和優(yōu)點，通過以下的詳細敘述并結(jié)合附圖來考慮，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說就會變得明白，其中


圖1所示為一根據(jù)本發(fā)明的一種集成電路的制造方法的流程圖；圖2所示為一根據(jù)本發(fā)明的一有AlGaN/GaN HEMT在其上面形成的碳化硅晶圓的俯視圖；圖3所示為在圖2中所示的晶圓上形成的其中兩AlGaN/GaN HEMT的一截面圖；圖4所示為一與在圖2中的晶圓上的其它HEMT分離的個別的HEMT的一截面圖；圖5所示為一根據(jù)本發(fā)明的一電路襯底的截面圖；圖6所示為一根據(jù)本發(fā)明的一第二電路襯底的截面圖；圖7所示為一根據(jù)本發(fā)明的一第三電路襯底的截面圖；圖8所示為一根據(jù)本發(fā)明的一第四電路襯底的截面圖；圖9所示為一根據(jù)本發(fā)明的一集成電路且該電路襯底上裝有一HEMT倒裝片的截面圖；圖10所示為圖9中的器件和一在該電路襯底的底面上的第一散熱底板的一截面圖；圖11所示為圖9中的器件和一緊貼該HEMT的襯底的第二散熱底板的一截面圖；以及
圖12所示為一根據(jù)本發(fā)明的另一集成電路且該電路帶有以倒裝法安裝的一HEMT以及第二散熱底板的截面圖。
具體實施例方式
制造方法圖1所示為一根據(jù)本發(fā)明的一種方法10的實施例。在第一步驟12中，在一晶圓上形成一半導體器件和器件端子的半導體層。一較佳的半導體器件為一在藍寶石、碳化硅或硅晶圓上生長的以第三族氮化物為基的器件，諸如一AlGaN HEMT或FET，而較佳的晶圓為一4H多型碳化硅。還可使用其它的包括3C、6H和15R多型在內(nèi)的多型碳化硅。在該晶圓和器件活性層之間可以包括一AlxGa1-xN緩沖層(其中x在0到1之間)以便在該碳化硅晶圓(襯底)和該些活性層之間提供一適當?shù)木w結(jié)構(gòu)變化。
通常，碳化硅晶圓優(yōu)于藍寶石和硅晶圓，因為其晶格與第三族氮化物更為匹配，所以可產(chǎn)生較高質(zhì)的第三族氮化物薄膜。碳化硅還具有一極高的導熱率，所以在碳化硅上的第三族氮化物器件的總輸出功率不會受限于晶圓的熱阻(像是某些在藍寶石或硅上形成的器件的情況)。除此之外，半絕緣碳化硅晶圓的可用性提供器件隔離以及降低寄生電容的能力使商品器件變成可能。碳化硅襯底可從位于北卡羅萊那州Durham的Cree Inc.得到，而其生產(chǎn)方法則在科學文獻Re.34,861以及美國專利4,946,547和5,200,022里敘述。
AlxGa1-xN和其它的外延層可用不同的外延生長方法，諸如金屬有機化學汽相沉積法(MOCVD)、等離子體化學汽相沉積法(CVD)或熱絲化學汽相沉積法在晶圓上沉積。在活性層沉積后，可去除該層的部分以形成端子用的位置?？墒褂貌煌某シ?，包括但不限于濕式化學氫氟酸(HF)蝕刻、活性離子蝕刻(RIE)或等離了體蝕刻。可使用濺射、蒸發(fā)或電鍍把端子沉積在活性層之上。
對于一HEMT，該些端子包括源極及漏極接點，其最好包含鈦、鋁、鎳和黃金的合金，而一柵極接點最好包含鈦、鉑、鉻、鎳，鈦和鎢的合金以及硅化鉑。在一實施例中，該些接點包括一鎳、硅和鈦的合金，所述合金是通過把該些材料層分別沉積然后再退火而形成。因為這種合金系排除了鋁，就避免了在退火溫度超過鋁的熔點(660℃)時在該器件表面上的有害的鋁雜質(zhì)。
在步驟14中，在至少一器件的端子上形成焊接點而且在該器件如下所述是以倒裝法裝好時則該焊接物會與該電路襯底接觸。在一AlGaN HEMT工作時，該漏極接點會在一額定電壓偏置(對一n溝道器件來說為一正漏電壓)而該源極則接地。對于HEMT，該焊接點包含在該源極接點之上以便可與該電路襯底的接地電連接。該焊接點最好由一高度導電材料諸如黃金(Au)制成并且能使用濺射來沉積?？梢允褂闷渌牧?，諸如一焊錫焊接點。
在步驟16中，該在晶圓上的有源半導體器件最好通過切割分成個別的器件。該器件可選擇地通過一劃痕及斷口來分開。
在步驟18中，在一電路襯底晶圓上形成可驅(qū)動一或多個有源半導體器件的驅(qū)動電子器件。電路襯底必須要成本低、直徑大、易于處理、導電率低和導熱率高。砷化鎵和硅是合適的電路襯底材料并且除了高導熱率之外具有所有要求的特征。這些材料的導熱率可通過使用如下所述的傳導通道來改善。該些驅(qū)動電子器件可包括不同組合的前置級放大器、無源元件和互連件。該些驅(qū)動電子器件形成該些以倒裝法安裝的有源半導體器件的驅(qū)動電路。在包括前置級放大器的實施例中，該放大器典型地串聯(lián)互連以放大減弱的信號。在前置級放大器把該信號放大后，該信號可施加到以倒裝法安裝的半導體器件作高功率放大。在以倒裝法安裝的器件無需前置級放大就可由無源元件及互連件驅(qū)動的實施例則不需要前置級放大器?？衫靡还I(yè)化玻璃生產(chǎn)過程把前置級放大器、無源元件及互連件沉積在電路襯底上，這有助于降低制造成本。
驅(qū)動電子器件可以驅(qū)動一不同數(shù)量的有源器件。在一實施例中，一單一驅(qū)動電子器件可以驅(qū)動一單一有源器件。在其它的實施例中，一驅(qū)動電路可以驅(qū)動多過一個的有源器件，或者一有源器件可由多過一個的驅(qū)動電子電路驅(qū)動。
無源元件可以包括但不限于電阻器、電容器和電感器，而互連件可以包括在電路襯底上的導電材料跡線或傳輸線電路元件。該些前置級放大器和無源元件可使用MOCVD、CVD或熱絲CVD來形成，而該些跡線可使用濺射或電子束沉積來形成。
在可選擇的步驟20中，形成一或多個穿過該電路襯底的傳導通道，而每一驅(qū)動電路利用至少一傳導通道。在一根據(jù)本發(fā)明的實施例中，該些通道形成一如下所述以倒裝法裝在一驅(qū)動電路上的有源半導體器件用的一接地導電通路，并且有助于該器件的熱散逸?？墒褂貌煌姆椒ㄐ纬稍撔┩ǖ?，包括但不限于使用濕式化學氫氟酸蝕刻、活性離子蝕刻、感應耦合等離子(ICP)或等離子體蝕刻形成一穿過該電路襯底的孔。該些通道的內(nèi)表面然后可由一層可使用濺射來沉積的導電材料覆蓋，最好是黃金(Au)。盡管如此，在另一實施例中，該傳導通道的頂端可以包括一導電材料插塞以增進熱散逸。
在一根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實施例中，有源倒裝片器件的電路襯底無需該穿過襯底的通路就可工作，所以該器件不包括傳導通道或插塞。該器件可以通過其它通路與接地連接，諸如通過在該電路襯底上的互連件，而且可以以其它方式把熱從器件抽出，諸如通過一附在該器件的背上的散熱器。
在步驟22中，該有源半導體器件以倒裝法裝在該電路襯底上，該電路襯底的Au焊接點與該通道中的Au電接觸，成一Au-Au倒裝片連接。另外，可使用傳統(tǒng)的基于AU或焊钖的凸起式焊結(jié)。對于一AlGaN HEMT，在源極接點上的Au可與該通道電接觸。然后柵極及漏極接點可以與在電路襯底上的驅(qū)動電子器件電連接，該柵極典型地與驅(qū)動電子器件的輸入端連接，而漏極則與輸出端連接。
在步驟24中，在該電路襯底上的驅(qū)動電子電路和有源器件被分成個別的集成電路。這可以通過與上述用來分開有源器件的相同方法來達成。
在另一可選擇的步驟26中，可以在集成電路(在分開前或后)上形成一或多個散熱底板，而該些底板與一或多個散熱器連接。來自有源器件和電路襯底的熱流入該些底板繼而散熱器之內(nèi)，并在該處散逸。該些底板可以以許多不同的方式布置，包括但不限于，與有源器件和/或電路襯底鄰接。
除AlGaN HEMT以外，根據(jù)本發(fā)明的方法除可用來制造許多不同的的器件。該方法的不同步驟還可以使用不同的工序完成以及該方法的步驟可以以不同的順序進行。
倒裝片器件本發(fā)明還揭示一種以倒裝法裝在一具有無源元件和互連件的電路襯底上的有源半導體器件。圖2所示為一典型的現(xiàn)有不同直徑，包括大約二時直徑的半絕緣碳化硅晶圓30。該器件的活性層和端子32，由晶圓30上的正方形表示，是用上述的方法在晶圓30上沉積。該附圖僅只表示在一晶圓上可形成的器件數(shù)目。較佳的器件活性層和端子32形成一AlGaN HEMT以及對于一具有10瓦特的HEMT的典型的2英時晶圓來說，大約可在該晶圓上形成2000個HEMT。如果無源元件或前置級放大器與HEMT一起在該晶圓上形成，則只可形成大約200個器件。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明在晶圓30上形成的其中兩AlGaN/GaN基HEMT 32的一截面圖。當HEMT 32分成個別的器件時，屬于每一HEMT的晶圓30部分會作為HEMT的襯底。在該晶圓和該器件活性層之間可以包括一AlxGa1-xN緩沖層(其中x在0到1之間)(未顯示)以便在該晶圓和該活性層之間提供一要求的晶體結(jié)構(gòu)變化。
一GaN高電阻率層34沉積在晶圓30上以及一AlGaN阻擋層36沉積在該高電阻率層34上。該高電阻率層34的典型厚度大約為0.5至4微米，而阻擋層36的典型厚度大約為0.1至0.3微米。
為了在個別的HEMT之間提供間距以及為源極及漏極接點38、40提供一位置，可蝕刻阻擋層36直到高電阻率層34。源極和漏極接點38、40在該高電阻率層34的表面沉積，而該阻擋層36則布置在中間。每一接點38、40皆與阻擋層36的邊緣電接觸。
對于微波器件來說，接點38、40通常以一在1.5至5微米范圍內(nèi)的間距分開，但在特殊情況下可以是1至10微米。一整流肖特基接點(Schottky contact)(柵極)42設(shè)在源極和漏極接點38、40之間的阻擋層36的表面上，而其典型長度為0.1至2微米。HEMT 32的總寬度取決于要求的總功率，可以寬于30毫米，而典型寬度則在100微米至6毫米的范圍內(nèi)。
阻擋層36的帶隙比GaN層34的寬而且這一能帶隙的不連續(xù)性導致一自由電荷從帶隙較寬轉(zhuǎn)移到帶隙較小的材料。此外，在第三族氮化物系統(tǒng)中，壓電和自發(fā)極化導致一極高的電荷密度。一電荷在該兩層之間的界面累積并且產(chǎn)生一二維電子氣(2DEG)35以致于電流可在源極和漏極接點38、40之間流動。該2DEG 35具有非常高的電子遷移率以給予HEMT一極高跨導。
在工作時，該漏極接點40會在一額定電壓偏置(對一n溝道器件來說為一正漏電壓)而該源極則接地。這導致電流通過溝道和2DEG，從漏極流到源極接點38、40。電流的流動由該偏壓和施加到柵極42的頻率電壓控制，該電壓調(diào)節(jié)溝道電流并且提供增益。該施加到柵極42的電壓以靜電直接控制在柵極42下的2DEG中的電子數(shù)日，并且從而控制總電子流。
如下所述，該源極接點38上還包括一焊接點43以便以倒裝法連接該電路襯底。如圖4所示，當在晶圓30上的該些HEMT 32分成個別的HEMT時，在該些HEMT之間的部分GaN層34和碳化硅晶圓30被移除而剩下個別的器件。
圖5至圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的電路襯底的不同實施例，雖然還可以使用其它的電路襯底。圖5所示為一根據(jù)本發(fā)明的電路襯底50，其包括一可以用包括砷化鎵在內(nèi)的許多不同材料制作的晶圓51。該晶圓51的頂面上有無源元件52以及互連件53沉積。晶圓51可以有很多不同的厚度，而一合適的厚度在50至500微米范圍內(nèi)。也可以采用其它材料的晶圓，包括硅，而較佳的晶圓要易于處理、導電率低和/或?qū)崧矢摺?br> 可以使用不同的無源元件，包括電阻器56或電容器58，而互連件53可以是導電跡線60。無源元件52和互連件53可一起作為一以倒裝法裝在襯底50上的有源器件的驅(qū)動電子器件和匹配電路(如下所述)。襯底50可以具有可用于多過有源器件的驅(qū)動電子器件，而無源元件52和跡線可使用如上述圖1中的方法來形成。
一成形的孔61穿過該砷化鎵晶圓51，而該孔61的內(nèi)表面和頂口由一高導電率和導熱率材料制成的孔層62覆蓋。該層62形成一穿過晶圓51的傳導通道63。該晶圓51的底面也可以以一高導電率和導熱率材料層64覆蓋，而Au為較佳的用于層62和64的材料。電和熱通過層62并且傳入層64內(nèi)蔓延。該層62和64一起作為一以倒裝法裝在該襯底50上的器件的接地電接點且同時也有助于使自該倒裝片器件的熱散逸。這對于導熱率較低的砷化鎵和硅襯底特別有用。通常，該些通道63越大，該電路襯底50的熱散逸愈有效。典型的通道寬度為50-100微米，但也可以使用更寬或更窄的通道。
圖6所示為一根據(jù)本發(fā)明的電路襯底70，其包括一與圖5中的晶圓51相似的砷化鎵晶圓71，并且可以用相同材料制作。該晶圓71的頂面上有無源元件72和互連件73沉積以形成驅(qū)動電子器件。不過，晶圓71沒有一孔、一傳導通道或一在其底面上的導電層。相反的，其設(shè)有一導電通路以使一包含在該晶圓71的表面上的導電跡線74接地。器件可以以倒裝法裝在該晶圓71上，而該器件的接地與該跡線74連接，以致于能夠無需一穿過該晶圓71的接地或熱散逸用的導電通路。
圖7所示為一根據(jù)本發(fā)明的與該電路襯底50相似的電路襯底80，其包括一晶圓81和一在孔88中形成的傳導通道82。然而，在襯底80中包含一由高導電率和導熱率材料制成的插塞84。插塞84在孔88的頂端上，而該插塞的頂面在該晶圓81的頂面上。該通道層86覆蓋該孔88的內(nèi)部和該插塞84的底面。該插塞84最好用黃金(Au)制成以及使襯底80能夠更有效率地帶走自其上的倒裝片器件的熱。該襯底80還包括無源元件85、互連件83以及底導電層89。
圖8所示為一根據(jù)本發(fā)明的一電路襯底90的另一實施例，其包括一晶圓91、包括但不限于一電容器94、一電阻器96的無源元件92以及互連件97。除此之外，襯底90具有可用包括InGaAs和InP在內(nèi)的很多材料系統(tǒng)制作的前置級放大器98a和98b。放大器98a和98b起前置級放大的作用且典型地串聯(lián)以放大減弱的信號。當信號在前置級放大器98a和98b放大后，會被施加到以倒裝法裝在襯底90上的放大器作高功率放大。前置級放大器最好是HEMT以及通常使用2-3個前置級放大器，雖然也可使用更多或更少。如上所述，可利用一商業(yè)性玻璃廠在電路襯底91上制造前置級放大器98a、98b連同無源元件92。
一根據(jù)本發(fā)明的電路襯底可以具有在圖5至圖8所示的襯底特征的任何組合。例如，襯底可以具有前置級放大器而沒有一通道，或者要是襯底具有一通道，則該通道可在無需一插塞下使用。因此，根據(jù)本發(fā)明的電路襯底可具有許多在上述實施例以外的額外實施例。
圖9所示為一根據(jù)本發(fā)明的倒裝片集成電路(IC)組件100，其具有圖4中的HEMT 32，該HEMT 32以倒裝法裝在圖7中的電路襯底80上，雖然該HEMT32也能夠以倒裝法裝在圖5、圖6和圖8中的電路襯底50、70和90上。來自圖4和圖7中的相同參考數(shù)字用于表示相同的特征。
在源極接點38上的HEMT的焊接點43通過在插塞84上的焊接點43與該電路襯底80的表面連接。焊接點43與該插塞84電和熱接觸地連接。該層89用作該集成電路的接地，而源極接點38通過該插塞84和通道層86與該層89連接。自HEMT 32的熱量也通過該插塞84和通道層86流到該層89。該漏極40與柵極42通過在該電路襯底80上的導電線路102、104及互連件83與無源元件82連接。如圖9所示，通過倒裝法就能夠在較低成本下以較高產(chǎn)率生產(chǎn)集成電路100。
圖10所示為一與圖9中的集成電路100類似的IC組件110，但其具有改進的熱散逸特征。其具有同樣的以倒裝法裝在一具有無源元件82及互連件83的電路襯底80上的HEMT器件32。設(shè)置的一第一散熱底板114緊貼導電層86和89，以使自該些導電層的熱流入該第一底板114。然后，熱從該第一底板114流入一外部散熱器(未顯示)并在其內(nèi)散逸。該底板114和散熱器必須要由一導熱材料制作以便導走來自該襯底80和HEMT 32的熱，而合適材料為銅、銅-鎢、銅-鉬-鎢的復合材料、氮化鋁、鉆石或其它傳統(tǒng)的散熱器材料。該底板114和散熱器有助于防止該HEMT 32在較高功率電平時過熱。該底板114也可與一沒有一導電插塞的電路襯底一起使用。
圖11所示為一根據(jù)本發(fā)明的另一IC組件120，其類似圖10中的IC組件110，但包括一額外的熱散逸特征。該IC組件120具有一以倒裝法裝在一具有一第一底板114的電路襯底80上的HEMT 32，正如圖10中的電路110一樣。為了改善通過該HEMT的襯底30的熱散逸，該IC組件120還具有一第二散熱底板122，其緊貼該碳化硅襯底30設(shè)置。該第二底板122與一第二散熱器(未顯示)耦合以提供另一路徑使自HEMT 32的熱散逸。該第二底板122和第二散熱器可以與該第一底板114和散熱器用相同或不同的材料制作，但是必須要用一導熱材料制作。該第二底板122也可與一以倒裝法裝在一沒有一導電插塞84的電路襯底80上的HEMT一起使用。該第二底板還可用于一沒有一第一散熱器的IC組件，雖然最有效率的熱散逸是通過使用該第一和第二個底板114、122以及其各自的散熱器。在本發(fā)明的其它實施例中，該第二底板122可以是熱散逸的主要路徑和/或該第一底板114可以簡化或省略。為抵償該IC組件120的熱膨脹，該第一或第二底板114、122可以與一導熱封裝連接而不是一散熱器，而該封裝則稍微要有彈性或柔性。
圖12所示為一根據(jù)本發(fā)明的IC組件130，其具有一以倒裝法裝在一電路襯底132上的GaN HEMT 131。無源元件、前置級放大器和互連件(未顯示)可以包含在該襯底132上。一頂散熱底板133包含在HEMT 131上，而該底板133也通過可以是假晶圓或焊凸塊的定位件134裝在襯底132上。定位件134的布置可使該散熱底板133與該HEMT 131保持緊貼，同時使該底板133可以穩(wěn)定地附著該襯底132。
雖然已參照本發(fā)明某些較佳的結(jié)構(gòu)，對本發(fā)明作出相當詳細的敘述，但是還有其它可能的變型。在上述的方法中的步驟順序可以改變。根據(jù)本發(fā)明的其它方法可以采用或多或少的步驟并且能能夠采用不同的步驟。上述的所有實施例可以采用有或沒有前置級放大器以及有或沒有通道插塞的電路襯底。根據(jù)本發(fā)明，可以倒裝法裝配由許多不同材料制成的許多不同類型的集成電路。因此，本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍不應限于在本說明書中敘述的方案。
權(quán)利要求
1.一種半導體器件的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步驟在一晶圓上形成多個有源半導體器件，每一所述半導體器件包括至少兩層半導體材料以及多個與所述半導體材料層電接觸的端子；形成至少一焊接點，每一所述至少一焊接點在所述多個端子的其中之一上；分開每一所述多個有源半導體器件；在一電路襯底的一表面上形成驅(qū)動電子器件；以倒裝法使至少一所述有源半導體器件裝在所述電路襯底上，使至少一所述焊接點與所述電路襯底結(jié)合以及使至少一所述端子與所述驅(qū)動電子器件電接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述驅(qū)動電子器件包括無源元件和互連件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述驅(qū)動電子器件包括一或多個前置級放大器和互連件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述驅(qū)動電子器件進一步包括無源元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法進一步包括在以倒裝法使所述至少一所述有源半導體器件裝在所述電路襯底上之前，形成至少一穿過所述電路襯底的傳導通道，至少一所述焊接點與所述傳導通道的其中之一電接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于通過蝕刻一穿過所述電路襯底的孔以及在所述孔的內(nèi)表面沉積一層導電材料形成每一所述至少一傳導通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述方法包括進一步的步驟在相對所述驅(qū)動電子器件的所述電路襯底表面上形成一導電層，所述導電層與每一所述傳導通道熱及電接觸以為所述傳導通道提供一接地及有助于散熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于利用濺射法形成所述傳導通道及所述導電層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法進一步包括設(shè)置散熱器以有助于使自所述多個倒裝器件及所述電路襯底的熱散逸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述散熱器緊貼所述倒裝器件設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述散熱器緊貼所述電路襯底設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每一所述多個半導體器件的所述至少兩半導體材料層的是通過一種選自由金屬有機化學汽相沉積法、等離子體化學汽相沉積法或熱絲化學汽相沉積法組成的組的方法來形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于蝕刻至少一所述至少兩半導體材料層以為所述多個端子提供位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述至少一蝕刻的層是通過一種選自由濕式化學氫氟酸蝕刻、活性離子蝕刻及等離子體蝕刻組成的組的方法來蝕刻。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每一所述多個半導體器件包括一在一藍寶石或碳化硅晶圓上形成的以第三族氮化物為基的器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每一所述多個半導體器件為一在一碳化硅襯底上形成的氮化鎵鋁/氮化鎵高電子遷移率晶體管。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電路襯底為一選自由硅及砷化鎵組成的組的材料。
18.一種倒裝片集成電路，其特征在于所述集成電路包括一電路襯底，所述電路襯底的一表面上具有驅(qū)動電子器件；一有源半導體器件，所述有源半導體器件包括一帶有多層半導體材料的襯底以及多個端子，每一所述端子與所述半導體材料層的其中之一電接觸，所述有源半導體器件以倒裝法裝在所述電路襯底上，至少一所述端子與所述驅(qū)動電子器件電接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路，其特征在于所述集成電路進一步包括至少一穿過所述電路襯底的傳導通道，每一所述傳導通道與所述多個端子的其中之一電接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的集成電路，其特征在于每一所述至少一傳導通道包括一穿過所述電路襯底的孔，所述孔的表面由一第一層導電材料覆蓋。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的集成電路，其特征在于所述集成電路進一步包括一在相對所述驅(qū)動電子器件的所述電路襯底表面上的第二層導電材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的集成電路，其特征在于所述第二層導電材料與所述第一層導電材料作熱及電接觸，所述第二層導電材料為所述傳導通道形成一接地以及使自所述有源半導體器件的熱散逸。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路，其特征在于所述集成電路進一步包括至少一散熱底板以有助于使自所述有源半導體器件及所述無源元件的熱散逸。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其特征在于所述至少一散熱底板包括一緊貼所述襯底設(shè)置的散熱底板。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其特征在于所述集成電路進一步包括一在相對所述驅(qū)動電子器件的所述電路襯底表面上的第二層導電材料，其中所述至少一散熱底板包括一緊貼所述第二層導電材料設(shè)置的散熱底板。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路，其特征在于所述半導體材料層為以第三族氮化物為基的材料以及所述襯底為藍寶石或碳化硅。
26.根據(jù)權(quán)利要求27所述的集成電路，其特征在于所述集成電路進一步包括一在兩電接觸的每一所述至少一端子及所述至少一傳導通道之間的導電焊接點。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路，其特征在于每一所述至少一傳導通道進一步包括一在所述傳導通道頂端的導電材料插塞。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路，其特征在于所述驅(qū)動電子器件包括無源元件和互連件。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路，其特征在于所述驅(qū)動電子器件包括前置級放大器和互連件。
30.一種倒裝片集成電路，其特征在于所述集成電路包括一種高電子遷移率晶體管，所述晶體管包括一襯底；一在所述襯底上的高電阻率半導體層；一在所述高電阻率層上的阻擋半導體層，所述阻擋層的帶隙比所述高電阻率層的寬；一在所述高電阻率層及所述阻擋層之間的二維電子氣；各自在所述高電阻率層上與所述阻擋層接觸的源極及漏極接點；一在所述阻擋半導體層上的柵極接點；以及一種電路襯底，所述電路襯底包括在所述電路襯底的一表面上的驅(qū)動電子器件及一傳導通道，所述高電子遷移率晶體管以倒裝法裝在所述電路襯底上，而所述源極接點與所述傳導通道電接觸以及所述柵極及漏極接點與所述驅(qū)動電子器件電接觸。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的集成電路，其特征在于所述高電阻率半導體層及所述阻擋半導體層由一種以第三族氮化物為基的半導體材料制作。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的集成電路，其特征在于所述襯底為一選自由藍寶石及碳化硅組成的組的材料制作。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的集成電路，其特征在于所述集成電路進一步包括一在相對所述無源元件的所述電路襯底表面上的導電材料層，所述導電材料層與所述傳導通道作電及熱接觸。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的集成電路，其特征在于所述集成電路進一步包括一或多個散熱底板以使自所述高電子遷移率晶體管及所述無源元件的熱散逸。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的集成電路，其特征在于所述驅(qū)動電子器件包括前置級放大器和集成電路。
36.一種集成電路的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步驟在一晶圓上形成多個以第三族氮化物為基的有源半導體器件；把所述有源半導體器件分成個別的器件；在一電路襯底的表面上形成驅(qū)動電子器件；形成一穿過所述電路襯底的傳導通道；以及以倒裝法使至所述分開的器件裝在所述電路襯底上，所述器件的接地與所述傳導通道作電及熱耦合。
37.一種集成電路的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步驟在一第一晶圓上形成多個以第三族氮化物為基的有源半導體器件；把所述有源半導體器件分成個別的器件；在一成本較低及直徑比所述第一晶圓的大的市售第二晶圓的表面上形成無源元件和互連件；所述無源元件和所述互連件形成多個驅(qū)動電路，每一所述驅(qū)動電路驅(qū)動各自的所述有源半導體器件的其中之一；形成多個穿過所述電路襯底的傳導通道，每一所述傳導通道為各自的所述驅(qū)動電路的其中之一設(shè)置一傳導通道；以及以倒裝法使至所述有源器件裝在各自的所述驅(qū)動電路的其中之一上，所述有源器件的接地與所述驅(qū)動電路的所述傳導通道作電及熱耦合。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種倒裝片集成電路和一種集成電路制造方法。一根據(jù)本發(fā)明的方法包括在一晶圓上形成多個有源半導體器件以及使所述有源半導體器件分開。在一電路襯底的一表面上形成無源元件和互連件和形成至少一穿過所述電路襯底的傳導通道。使至少一所述有源半導體器件以倒裝法裝在所述電路襯底上且至少一焊接點與所述傳導通道的其中之一電接觸。一根據(jù)本發(fā)明的倒裝片集成電路包括一電路襯底，在其一表面上具有無源元件和互連件與至少一穿過所述電路襯底的傳導通道。一有源半導體器件以倒裝法裝在所述電路襯底上且所述至少一傳導通道的其中之一與所述至少一器件的端子的其中之一接觸。本發(fā)明特別適用于在一碳化硅襯底上生長以第三族氮化物為基的有源半導體器件。無源元件和互連件然后可以在一成本較低，直徑較大的由砷化鎵或硅制作的晶圓上形成。在分離后，所述第三族器件可以以倒裝法裝在砷化鎵或硅襯底上。
文檔編號H01L23/66GK1757119SQ200380110037
公開日2006年4月5日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月2日
發(fā)明者K·U·米希拉, P·帕里克, 吳益逢 申請人:美商克立股份有限公司