與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法

2023-05-31 11:29:16 1

專利名稱：與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種在GaN HEMT的匪IC工藝中製作50 歐姆TaN薄膜電阻的製作方法。
背景技術：
一般為了與匪IC工藝結合，需要採用薄膜工藝，薄膜工藝厚度約為0. 01 μ m 1 μ m之間。為了可以在匪IC的薄膜工藝中同時形成電阻、電容、電感等元件，需要運用不同的工藝與材料進行製作，同時工藝溫度一般都會控制在400°C以下，相對於陶瓷技術所需的燒結溫度800 900°C而言，薄膜工藝穩定度較高，在進行工藝結合的過程中，只需注意不同元件之間材料的兼容性，即可達成工藝的整體設計，將無源元件與有源元件結合在一起以達到電路多功能化的需求。在MMIC工藝中，一般選用TaN和NiCr等適用於微波頻段的材料製作金屬薄膜電阻，它們體積小、精度高、噪聲低、溫度係數小、可靠性高、但成本相對較高。其中TaN材料穩定性更高，方阻的範圍比MCr略大，硬度好，溫度係數低，相對於MCr有水分時存在的腐蝕性問題，TaN材料可以有效的防潮，是一種能夠在高溫、潮溼的環境中具有長期穩定性和準確性的電阻材料。在GaN材料的MMIC工藝中有許多刻蝕或者氯化物參與等工藝步驟，TaN 薄膜電阻相對於氧化和氯化表現出很強的穩定性，更加適合於GaN材料和器件的MMIC工藝流程。薄膜電阻質量及阻值的準確性對MMIC電路的穩定性有很大影響。有些電阻是用在整個電路的穩定網絡中的，對於這些電阻的阻值要求非常精確，所以需要高穩定性的電阻材料，並且需要設計的電阻滿足匪IC電路常用的電阻阻值範圍，還需要與GaN的匪IC工藝有很好的兼容性，所以綜合考慮各種因素，目前能夠與GaN材料的應用相結合，並且滿足於匪IC工藝薄膜電阻的最好材料是TaN，因此與匪IC工藝相結合的標準50歐姆TaN薄膜電阻的製作是非常關鍵的。

發明內容
(一)要解決的技術問題本發明是為了提高薄膜電阻的穩定性和阻值的準確性，同時也為了與匪IC的工藝兼容，提供了一種與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，該方法包括步驟10 在SiC襯底上等離子體增強化學汽相沉積PECVD厚度為1200A的Si3N4 隔離介質；步驟20 在Si3N4隔離介質上旋塗光刻膠，並通過光刻、顯影形成TaN薄膜電阻圖案；
步驟30 在預濺射和正式濺射時採用一定比例的氣體Ar和隊，同時濺射Ta金屬， 得到TaN薄膜電阻；步驟40 將光刻膠上的TaN薄膜電阻進行剝離，得到所需要圖形上的TaN薄膜電阻。上述方案中，步驟30中所述氣體Ar與N2的比例為體積比Ar N2 = 16 5. 2。上述方案中，步驟30中所述濺射時間為255秒，得到電阻的厚度為 560 A 600 A;上述方案中，該方法在步驟40之後還包括採用單獨的退火工藝步驟對TaN薄膜電阻進行退火；或者結合MMIC工藝中二次介質Si3N4的形成，同時對TaN薄膜電阻進行退火。上述方案中，所述採用單獨的退火工藝步驟對TaN薄膜電阻進行退火，退火溫度為400°C，退火時間為3分鐘。上述方案中，所述結合MMIC工藝中二次介質Si3N4的形成，同時對TaN薄膜電阻進行退火，是結合匪IC工藝中的PECVD 二次介質Si3N4的澱積，溫度為280°C左右，同時對TaN 薄膜電阻進行退火。(三)有益效果在微波電路中，經常會用到電阻元件，電阻的準確性和穩定性對電路有很大影響， 這就對電阻的質量提出很高的要求。TaN材料在高溫、潮溼的環境中很穩定，並且具有良好的物理和化學穩定性，功耗密度和噪聲低，並且在薄膜工藝中可以與MMIC工藝兼容，所以可以很好的保證電路的性能和穩定性，本發明採用濺射工藝得到的TaN薄膜電阻質量好， 經過退火後阻值的穩定性和線性度更高，適合於在微波電路中的電阻元件的使用。


圖1為本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法流程圖；圖2為採用本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻製作方法製作的TaN薄膜電阻在匪IC工藝中的結構示意圖；圖3為本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法中退火工藝對電阻的影響對比圖；圖4為本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法結合 MMIC工藝中澱積二次介質Si3N4，同時對TaN薄膜電阻進行退火的電阻測量曲線。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法流程圖，該方法包括步驟10 在SiC襯底上等離子體增強化學汽相沉積PECVD厚度為1200A的Si3N4 隔離介質；
步驟20 在Si3N4隔離介質上旋塗光刻膠，並通過光刻、顯影形成TaN薄膜電阻圖案；步驟30 在預濺射和正式濺射時採用一定比例的氣體Ar和N2,同時濺射Ta金屬， 得到TaN薄膜電阻；步驟40 將光刻膠上的TaN薄膜電阻進行剝離，得到所需要圖形上的TaN薄膜電阻。其中，步驟30中所述氣體Ar與N2的比例為體積比Ar N2 = 16 5. 2。所述濺射時間為255秒，得到電阻的厚度為560 A 600 A;該方法在步驟40之後還包括採用單獨的退火工藝步驟對TaN薄膜電阻進行退火；或者結合MMIC工藝中二次介質Si3N4的形成，同時對TaN薄膜電阻進行退火。其中，所述採用單獨的退火工藝步驟對TaN薄膜電阻進行退火，退火溫度為 400°C，退火時間為3分鐘。所述結合匪IC工藝中二次介質Si3N4的形成，同時對TaN薄膜電阻進行退火，是結合MMIC工藝中的PECVD 二次介質Si3N4的澱積，溫度為280°C左右，同時對TaN薄膜電阻進行退火。圖2為採用本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻製作方法製作的TaN薄膜電阻在MMIC工藝中的結構示意圖。在SiC襯底上需要澱積一層隔離的絕緣介質Si3N4，具體工藝步驟與MMIC工藝結合，這樣可以減少介質損耗，使得電阻與襯底絕緣，充分發揮其性能。採用Ar N2 = 16 5. 2的氣體比例，注意這時需要保持在預濺射和正式濺射時保持這個同樣的氣體比例，這樣能夠保持所濺射的TaN薄膜的緻密性和整個過程的連續性，如果在預濺射和正式濺射時沒有採用相同的比例，則會使得腔體內氣壓發生變化， 對薄膜質量有影響。與此同時濺射Ta金屬，這樣就會在Si3N4上得到TaN薄膜電阻，最後在電阻的兩端連接布線金屬，通過布線層金屬完成電阻的PAD連接和電氣連通特性。圖3為本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法中退火工藝對電阻的影響對比圖。由圖中可以看出，在TaN薄膜電阻濺射完成後，如果沒有進行退火的話，電阻會存在勢壘，這樣電阻就表現出非線性的特性，不能正常應用；如果要單獨進行退火的話，需要立即進行高溫退火，從下面表1中可以看出如果需要單獨退火需要 400°C，3分鐘效果較好。但是由於可以與GaN材料的匪IC工藝結合，在後面的二次介質 Si3N4澱積時的溫度為280°C，20分鐘左右的時間，經過實驗測量，基本消除了勢壘，使得TaN 成為線性電阻，並且效果也很不錯。所以在TaN薄膜電阻濺射完成後，需要進行高溫退火， 這樣會消除勢壘使得電阻可以正常應用。圖4為本發明提供的與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法結合 MMIC工藝中澱積二次介質Si3N4，同時對TaN薄膜電阻進行退火的電阻測量曲線，不是採用單獨的退火工藝對TaN薄膜電阻進行退火，而是在二次介質Si3N4澱積的同時利用其280°C 的溫度，20分鐘進行退火，發現效果也是不錯的，由圖中可以看出50歐姆的電阻，通過測量實際為48. 32歐姆，精度很好，並且同時也消除了勢壘，使得電阻的線性度也很好，所以可以看出TaN薄膜電阻的退火也可以與匪IC工藝很好的結合在一起。
權利要求
1.一種與匪IC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，其特徵在於，該方法包括步驟10 在SiC襯底上等離子體增強化學汽相沉積PECVD厚度為1200A的Si3N4隔離介質；步驟20 在Si3N4隔離介質上旋塗光刻膠，並通過光刻、顯影形成TaN薄膜電阻圖案； 步驟30 在預濺射和正式濺射時採用一定比例的氣體Ar和N2,同時濺射Ta金屬，得到 TaN薄膜電阻；步驟40 將光刻膠上的TaN薄膜電阻進行剝離，得到所需要圖形上的TaN薄膜電阻。
2.根據權利要求1所述的與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，其特徵在於，步驟30中所述氣體Ar與N2的比例為體積比Ar N2 = 16 5. 2。
3.根據權利要求1所述的與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，其特徵在於，步驟30中所述濺射時間為255秒，得到電阻的厚度為560 A 600 A；
4.根據權利要求1所述的與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，其特徵在於，該方法在步驟40之後還包括採用單獨的退火工藝步驟對TaN薄膜電阻進行退火；或者結合MMIC工藝中二次介質 Si3N4的形成，同時對TaN薄膜電阻進行退火。
5.根據權利要求4所述的與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，其特徵在於，所述採用單獨的退火工藝步驟對TaN薄膜電阻進行退火，退火溫度為400°C，退火時間為3分鐘。
6.根據權利要求4所述的與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，其特徵在於，所述結合MMIC工藝中二次介質Si3N4的形成，同時對TaN薄膜電阻進行退火，是結合匪IC工藝中的PECVD 二次介質Si3N4的澱積，溫度為280°C左右，同時對TaN薄膜電阻進行退火。
全文摘要
本發明公開了一種與MMIC工藝結合的50歐姆TaN薄膜電阻的製作方法，該方法包括步驟10在SiC襯底上等離子體增強化學汽相沉積PECVD厚度為的Si3N4隔離介質；步驟20在Si3N4隔離介質上旋塗光刻膠，並通過光刻、顯影形成TaN薄膜電阻圖案；步驟30在預濺射和正式濺射時採用一定比例的氣體Ar和N2，同時濺射Ta金屬，得到TaN薄膜電阻；步驟40將光刻膠上的TaN薄膜電阻進行剝離，得到所需要圖形上的TaN薄膜電阻。本發明製作的TaN薄膜電阻具有很好的物理和化學穩定性，溫度係數小，可靠性高，並且與MMIC工藝具有很好的兼容性。
文檔編號H01C17/12GK102237165SQ201010162229
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者劉新宇, 龐磊, 武偉超, 蒲顏, 陳曉娟 申請人:中國科學院微電子研究所