[发明专利]改进的用于RF应用的转印

说明书

一种用于RF应用的半导体结构，包括：目标衬底；在所述目标衬底上微转印(μTP)的氮化镓(GaN)小芯片，其中，所述小芯片包括GaN器件和虚设金属层。

技术领域

本发明涉及用于射频(RF)应用的半导体结构，并且具体地涉及在目标衬底上包括微转印的氮化镓(GaN)小芯片的半导体结构。

背景技术

与其他半导体(例如，硅(Si)和砷化镓(GaAs))相比，GaN是一种相对较新的技术，但它已成为RF、耗电应用(例如，长距离或高端功率水平下传输信号所需的那些应用)的首选技术。GaN晶体管提供高功率密度、高工作温度、改进的效率、低导通电阻，并且它们可以在20kHz至300GHz范围内的不同频带中工作。

图1示出了GaN晶体管2的截面的示意图。GaN层4形成在高电阻率(HR)硅衬底6和氮化铝镓(AlGaN)缓冲层8上。GaN的n个重掺杂(n++)区域10连接到金属触点12(漏极和源极)。栅极14通过薄氮化铝(AIN)层16与GaN层4隔离。

绝缘体上硅(S0I)技术用于半导体制造(尤其是微电子学)，以通过具有分层的硅-绝缘体-硅衬底结构(而非块体Si)来减小寄生电容。SOI互补金属氧化物半导体(CMOS)由于其低泄漏能力，在低功率RF收发器的设计中为模拟和数字RF混合电路提供较低功耗。

为了在高功率应用中实现GaN和S0I两者的一些优势，已经尝试使用沟槽刻蚀隔离GaN晶体管来在SOI上生长GaN。需要仔细的应变工程来控制生长期间晶片中累积的应力。

备选地，可以使用微转印(μTP)[1]将GaN器件从同质/源晶片转移到目标SOI晶片。在此过程中，将GaN器件从其生长的同质衬底上分离/提起，并将其重新附着在SOI衬底上。小芯片是一(小)块芯片，同质衬底已经被去除。

R.Lerner等人，“Heterogeneous Integration of MicroscaleGallium NitrideTransistors by Micro-Transfer-Printing”，2016年IEEE第66届电子组件和技术会议，第1186-1189页。

发明内容

本发明的各方面提供了如在所附权利要求中阐述的用于RF应用的半导体结构以及形成这种半导体结构的方法。

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的优选实施例。

附图说明

图1是硅衬底上的GaN晶体管的示意性截面图；

图2示出了硅衬底上的GaN晶体管的截面序列，其示出了微转印期间的释放过程；

图3是由于机械应力而挠曲的GaN小芯片的示意性截面图；

图4a是不具有虚设金属层的GaN小芯片的示意性俯视图；

图4b是具有虚设金属层的GaN小芯片的示意性俯视图；

图5a是不具有虚设金属层的第二GaN小芯片的示意性俯视图；

图5b是具有虚设金属层的第二GaN小芯片的示意性俯视图；

图6是包括在SOI晶片上微转印的GaN小芯片的半导体结构的示意性截面图；以及

图7是示出了形成用于RF应用的半导体结构的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

本文描述的实施例提供了一种用于RF应用的半导体结构。例如，该半导体结构可以是低噪声放大器(LNA)或单刀双掷(SPDT)开关。半导体结构包括目标衬底(优选为SOI晶片或管芯)以及在所述目标衬底上微转印的GaN小芯片，其中，所述小芯片包括GaN器件(通常为GaN晶体管，例如，伪晶型高电子迁移率晶体管：p-HEMT)和虚设金属层。虚设金属层增加了小芯片的机械强度，从而可以在微转印过程期间减少翘曲并防止破裂。