CN103545172A

CN103545172A - 避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法

Info

Publication number: CN103545172A
Application number: CN201310472185.1A
Authority: CN
Inventors: 潘宏菽; 高阳; 付兴昌
Original assignee: CETC 13 Research Institute
Current assignee: CETC 13 Research Institute
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2014-01-29

Abstract

本发明公开了一种避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，涉及电子元器件的制造方法技术领域。包括以下步骤：1）将硅晶片清洗干净，然后进行高温氧化，在硅晶片的上表面形成氧化层；2）在氧化层的上表面进行第一次金属溅射，形成金属种子层；3）形成金属电极；4）光刻分割处的氧化层；5）腐蚀分割处的介质层；6）分割电容。所述方法能够避免微波内匹配电容分割处介质裂纹，提高了内匹配电容的稳定性，从而提高了内匹配晶体管整体的稳定性与可靠性。

Description

避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法

技术领域

本发明涉及电子元器件的制造方法技术领域，尤其涉及一种内匹配晶体管用电容器件的制作方法。

背景技术

微波大功率晶体管由于工作频率高，管芯面积大，管芯的输入、输出阻抗比较低，寄生参量对晶体管的性能影响严重，若直接应用于特性阻抗为50欧姆的微波系统，由于阻抗严重不匹配，会导致晶体管无法实现大功率输出，使得晶体管的性能无法充分发挥。为此，采用内匹配网络（即LC网络）来在管壳内部对管芯的输入、输出阻抗进行提升（变换）并减少寄生参量的影响，是实现微波功率晶体管大功率、高增益输出的一种有效途径。同时，内匹配网络的引入，还可以在一定程度上提高器件的功率均分性，避免器件的烧毁。可见内匹配电容的可靠性对器件整体的可靠性起着至关重要的作用。内匹配网络的采用也有利于电子设备的小型化和轻型化并方便用户的使用。

目前，内匹配微波功率晶体管大都采用MOM（金属-氧化层-金属）电容或MOS（金属-氧化层-半导体）电容，为避免加入内匹配网络后引起较大的微波损耗。对要求频率性能较高的内匹配晶体管常采用MOM电容，为提高氧化层的质量，一般是在硅片上进行高温热氧化，然后在氧化层上形成电容的一个金属电极。对于MOM电容此电极由于还要支撑整个电容，故一般要形成100微米左右厚的纯金层，随后去掉氧化层另一面的硅直到二氧化硅层，再在此面形成MOM电容的另一个金属电极。可以看出，此方法不但用金量大，而且工艺上对氧化和硅片的腐蚀要求也比较严格，否则会影响MOM电容的成品率。而对于MOS电容，由于电容下电极为半导体材料并支撑着整个电容，其制作工艺简单、成本较低，但由于半导体材料的导电能力不如金属，会有一定的微波损耗。为保证电容的成品率并避免电容面积过大，一般氧化层厚度在3000埃到1.2微米之间。

不论是MOM电容还是MOS电容，电容的介质均是采用对硅片高温氧化后形成的氧化层，在完成整个晶片的电容芯片制作后，要对每个电容芯片进行分割来形成一个个分立的内匹配晶体管用的内匹配电容芯片，然后再通过与微波功率晶体管管芯一起进行装架、烧结、键合、调试最终形成内匹配微波功率晶体管。在进行烧结和键合过程中，由于要对管壳和芯片进行加热，若电容芯片的介质层存在缺陷，在高温过程中，介质层往往会在有缺陷的区域出现裂纹，对内匹配电容的质量形成潜在的威胁，严重时会导致整个内匹配微波功率晶体管失效，使得制造成本明显加大，内匹配晶体管的研发或生产周期延长，部分潜在的缺陷还难以及时发现，对产品质量存在极其不利的影响。曾对75只失效的内匹配微波功率晶体管进行检查，发现内匹配电容有裂纹的有63只，而这63只有裂纹的电容在分割处出现裂纹的有56只，可见分割处电容出现裂纹是引起内匹配电容失效的主要模式，必须消除。

传统的MOM电容或MOS电容在氧化层介质形成后，要形成电容的金属电极，然后通过刚性刀具，将整片电容晶片分割成一个个分立的电容芯片，分割时刚性刀具将氧化层连同电容下电极（MOM电容的下电极是金，MOS电容的下电极是半导体）一起分割开来，由于刚性刀具要直接在氧化层上切割，而氧化层属于玻璃性质，既硬又脆，很容易形成介质破裂，即便分割后没有裂纹，但由于分割造成的应力在随后的高温过程中会释放，也会出现在分割处形成裂纹风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，所述方法能够避免微波内匹配电容分割处介质裂纹产生，提高了内匹配电容的稳定性，从而提高了内匹配晶体管整体的稳定性与可靠性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，包括步骤：1）将硅晶片清洗干净，然后进行高温氧化，在硅晶片的上表面形成氧化层；2）在氧化层的上表面进行第一次金属溅射，形成金属种子层；3）对于MOS电容，在金属种子层的上表面制作金属上电极图形，电镀加厚金属上电极，并去除光刻掩膜，腐蚀掉金属电极以外的种子层，形成MOS电容片；对于MOM电容，直接在金属种子层上电镀形成金属下电极，然后腐蚀去除氧化层另一面的硅，然后在氧化层之上进行第二次金属溅射，然后通过光刻在第二次溅射的金属表面制作金属上电极图形，电镀加厚金属上电极，去除光刻掩膜，腐蚀掉金属上电极以外的第二次溅射的金属，形成晶圆级内匹配MOM电容片，其特征在于还包括以下步骤：

4）将要分割的电容片进行光刻，保护住电容图形，将分割处的氧化层暴露出来；

5）将分割处的氧化层腐蚀干净，并除去光刻掩膜；

6）将制作好的晶圆级内匹配电容片进行分割，对于MOS电容片，分割在下电极的硅半导体材料上进行，对于MOM电容片，分割在金属下电极的上进行，分割后形成分立的内匹配电容。

进一步的，高温氧化的温度为在1000℃—1250℃，氧化时间与要求的氧化层厚度有关，厚度越厚，氧化时间越长。

进一步的，氧化层的厚度不大于2微米。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的出发点是设计出将分割处的氧化层介质去除掉，分割电容时，刚性刀具直接在具有很好延展性的金属层上进行（对于MOM电容）或在具有一定晶向的半导体材料上进行（对于MOS电容），从而规避了电容氧化层介质在分割处出现裂纹的可能。可以看出，本发明在原来的工艺中，增加了一步光刻和腐蚀工序，从而避免了内匹配电容在分割处出现裂纹的现象，提高了内匹配电容的稳定性，进而提高了内匹配晶体管的整体稳定性与可靠性。本发明看似增加了工艺步骤，但简化了后续内匹配晶体管手工操作的装架、键合、调试等工艺要求难度，实际提高了整个内匹配微波功率晶体管的制作效率，并降低了制作成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是实施例一经过步骤1）后的结构示意图；

图2是实施例一经过步骤2）后的结构示意图；

图3是实施例一经过步骤3）后的结构示意图；

图4是实施例一经过步骤4）和步骤5）后的结构示意图；

图5是实施例二经过步骤1）后的结构示意图；

图6是实施例二经过步骤2）后的结构示意图；

图7-10是实施例二经过步骤3）后的结构示意图；

图11是实施例二经过步骤4）和步骤5）后的结构示意图；

其中：1、半导体 2、氧化层 3、第一次溅射的金属 4、金属上电极 5、金属下电极 6、第二次溅射的金属。

具体实施方式

实施例一（MOS电容的制备）：一种避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，包括步骤：1）将硅晶片清洗干净，然后进行高温氧化，在硅晶片的上表面形成氧化层，高温氧化的温度为在1000℃-1250℃，氧化时间与要求的氧化层厚度有关，厚度越厚，氧化时间越长，如图1所示。2）在氧化层的上表面进行第一次金属溅射，形成金属种子层，如图2所示。3）在金属种子层的上表面制作金属上电极图形，电镀加厚金属上电极，并去除光刻掩膜，腐蚀掉金属电极以外的种子层，形成晶圆级内匹配MOS电容片，如图3所示。（至此，完成了传统内匹配电容的晶圆级的制作，即还未分割成单独的分立的一个个内匹配电容，传统方法是在两个电容电极图形之间的氧化层介质上分割电容。）4）将要分割的电容片进行光刻，保护住电容图形，将分割处的氧化层暴露出来。5）将分割处的氧化层腐蚀干净，并除去光刻掩膜，如图4所示。6）将制作好的晶圆级内匹配电容片进行分割，分割在下电极的硅半导体材料上进行，避免了在氧化层介质上分割的做法，也就回避了介质层在分割处出现裂纹的可能，分割后形成分立的内匹配电容。

实施例二（MOM电容的制备）：一种避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，包括步骤：1）将硅晶片清洗干净，然后进行高温氧化，在硅晶片的上表面形成氧化层，高温氧化的温度为在1000℃-1250℃，氧化时间与要求的氧化层厚度有关，厚度越厚，氧化时间越长，如图5所示。2）在氧化层的上表面进行第一次金属溅射，形成金属种子层，如图6所示。3）直接在金属种子层上电镀形成金属下电极，然后腐蚀去除氧化层另一面的硅，然后在氧化层之上进行第二次金属溅射，然后通过光刻在第二次溅射的金属表面制作金属上电极图形，电镀加厚金属上电极，去除光刻掩膜，腐蚀掉金属上电极以外的第二次溅射的金属，形成晶圆级内匹配MOM电容片，如图7-10所示。（至此，完成了传统内匹配电容的晶圆级的制作，即还未分割成单独的分立的一个个内匹配电容。传统方法是在两个电容电极图形之间的氧化层介质上分割电容）。4）将要分割的电容片进行光刻，保护住电容图形，将分割处的氧化层暴露出来。5）将分割处的氧化层腐蚀干净，并除去光刻掩膜，如图11所示。6）将制作好的晶圆级内匹配MOM电容片进行分割，分割在金属下电极的上进行，避免了在氧化层介质上分割的做法，也就回避了介质层在分割处出现裂纹的可能，分割后形成分立的内匹配电容。

本方法适合于氧化层比较薄（一般不大于2微米）的内匹配电容工艺，若氧化层比较厚，腐蚀时间会增加，对光刻掩膜的要求会苛刻，工艺控制会比较难。

本发明的出发点是设计出将分割处的氧化层介质去除掉，分割电容时，刚性刀具直接在具有很好延展性的金属层上进行（对于MOM电容）或在具有一定晶向的半导体材料上进行（对于MOS电容），从而规避了电容氧化层介质在分割处出现裂纹的可能。可以看出，本发明在原来的电容工艺中，增加了一步光刻和腐蚀工序，从而避免了内匹配电容在分割处出现裂纹的现象，提高了内匹配电容的稳定性，从而提高了内匹配晶体管的整体稳定性与可靠性。本发明看似增加了工艺步骤，但简化了后续内匹配晶体管手工操作的装架、键合、调试等工艺要求难度，实际提高了整个内匹配微波功率晶体管的制作效率，并降低了制作成本。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及其实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用来帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，包括步骤：1）将硅晶片清洗干净，然后进行高温氧化，在硅晶片的上表面形成氧化层；2）在氧化层的上表面进行第一次金属溅射，形成金属种子层；3）对于MOS电容，在金属种子层的上表面制作金属上电极图形，电镀加厚金属上电极，并去除光刻掩膜，腐蚀掉金属电极以外的种子层，形成MOS电容片；对于MOM电容，直接在金属种子层上电镀形成金属下电极，然后腐蚀去除氧化层另一面的硅，然后在氧化层之上进行第二次金属溅射，然后通过光刻在第二次溅射的金属表面制作金属上电极图形，电镀加厚金属上电极，去除光刻掩膜，腐蚀掉金属上电极以外的第二次溅射的金属，形成晶圆级内匹配MOM电容片，其特征在于还包括以下步骤：

5）将分割处的氧化层腐蚀干净，并除去光刻掩膜；

2.根据权利要求1所述的避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，其特征在于：高温氧化的温度为在1000℃-1250℃，氧化时间与要求的氧化层厚度有关，厚度越厚，氧化时间越长。

3.根据权利要求1所述的避免微波内匹配电容分割处介质裂纹的方法，其特征在于：氧化层的厚度不大于2微米，并保证分割处不存在电容的氧化层。