CN112670695B - 一种基于无金工艺的微带传输线结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无金工艺的微带传输线结构及制备方法，制备方法包括：选取半导体基片；在半导体基片上制备绝缘层；在绝缘层上制备钝化层；在钝化层上制备微带线金属开孔区；在微带线金属开孔区以及未开孔的钝化层上进行光刻，以暴露微带线金属开孔区；在微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层和第二微带金属层；在第一微带金属层侧壁、第二微带金属层上及第二微带金属层侧壁制备钝化层。本发明采用粘附性好的Ti金属材料作为第一层微带线金属，从而增大了接触面积，降低了接触电阻，且用Ti金属材料作为第一层微带线金属，所需制备的金属层的厚度将大大降低，从而本发明所制备的微带传输线结构不仅具有良好的微波特性，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明属于射频功率半导体无源器件技术领域，具体涉及一种基于无金工艺的微带传输线结构及制备方法。
背景技术
随着第三代GaAs、GaN高电子迁移率晶体管的发展，对于更高速的数据通信需求，更大的数据容量传输，使毫米波、微波有更大的应用，射频功率无源器件在军用和民用领域有着广阔的应用前景。随着无线通信、雷达等应用对高频、高输出功率的要求不断提高，对射频电路制造的研究具有现实意义。
在单片微波集成电路中，微带线结构在放大器匹配电路、耦合器、馈电网络中有着非常重要的作用。基于微带线结构在电路中的普遍应用，在制作过程中，为了提升传输线可承受电流密度和降低传输线寄生电阻，因此会在传输线制作中采用多层金属堆叠。多层金属结构对电路性能有直接影响，金属的寄生电阻影响着传输线的导电性，进而影响电路的微波特性，传输线金属的稳定性决定了电路长期工作的可靠性。当前，射频电路微带线主要采用双层厚Au结构，Au电阻率低，化学性能稳定，适合作为微带线金属材料。
然而，为了增强导电性以实现良好的微波特性，Au需要淀积几千纳米，Au相对较高的价格无疑增加了射频电路制造成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于无金工艺的微带传输线结构及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于无金工艺的微带传输线结构的制备方法，其特征在于，包括：
选取半导体基片；
在所述半导体基片上制备绝缘层；
在所述绝缘层上制备钝化层；
在所述钝化层上制备微带线金属开孔区；
在所述微带线金属开孔区以及未开孔的所述钝化层上进行光刻，以暴露所述微带线金属开孔区；
在所述微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层和位于所述第一微带金属层上的第二微带金属层，其中，所述第一微带金属层的材料为Ti，所述第二微带金属层的材料为Cu；
在所述第一微带金属层侧壁、所述第二微带金属层上及所述第二微带金属层侧壁制备钝化层。
在本发明的一个实施例中，在所述半导体基片上制备绝缘层，包括：
利用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述半导体基片上制备绝缘层。
在本发明的一个实施例中，在所述绝缘层上制备钝化层，包括：
利用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述绝缘层上制备钝化层。
在本发明的一个实施例中，在所述钝化层上制备微带线金属开孔区，包括：
在所述钝化层上制备光刻胶；
对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光；
将曝光后的所述钝化层在显影液中进行显影以移除微带线金属开孔区内的光刻胶；
利用感应耦合等离子体刻蚀工艺移除微带线金属开孔区内的钝化层，以制备微带线金属开孔区。
在本发明的一个实施例中，在所述微带线金属开孔区以及未开孔的所述钝化层上进行光刻，以暴露所述微带线金属开孔区，包括：
在所述微带线金属开孔区以及未开孔的所述钝化层上制备剥离胶；
在所述剥离胶上制备光刻胶；
对所述微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光；
将曝光后的所述微带线金属开孔区在显影液中进行显影移除所述微带线金属开孔区内的光刻胶和剥离胶，以暴露所述微带线金属开孔区。
在本发明的一个实施例中，在所述微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层和位于所述第一微带金属层上的第二微带金属层，包括：
在所述微带线金属开孔区内和所述微带线金属开孔区外的光刻胶上依次淀积第一导电层和位于所述第一导电层上的第二导电层；
对所述微带线金属开孔区外的所述第一导电层和所述第二导电层进行剥离，移除所述微带线金属开孔区外的所述第一导电层、所述第二导电层、光刻胶和剥离胶，以在所述微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层和位于所述第一微带金属层上的第二微带金属层。
在本发明的一个实施例中，在所述第一微带金属层侧壁、所述第二微带金属层上及所述第二微带金属层侧壁制备钝化层，包括：
利用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述第一微带金属层侧壁、所述第二微带金属层上及所述第二微带金属层侧壁制备所述钝化层。
在本发明的一个实施例中，所述第一微带金属层的厚度为500nm～1000nm。
在本发明的一个实施例中，所述第二微带金属层的厚度为2000nm～3000nm。
本发明还提供一种基于无金工艺的微带传输线结构，所述微带传输线结构由上述任一项实施例所述的微带传输线结构进行制备，所述微带传输线结构包括：
半导体基片；
绝缘层，所述绝缘层位于所述半导体基片上；
第一微带金属层，所述第一微带金属层位于部分所述绝缘层上；
第二微带金属层，所述第二微带金属层位于所述第一微带金属层上，其中，所述第一微带金属层的材料为Ti，所述第二微带金属层的材料为Cu；
钝化层，所述钝化层位于所述第二微带金属层和剩余的所述绝缘层上。
本发明的有益效果：
本发明由于采用粘附性好的Ti金属材料作为第一层微带线金属，从而增大了接触面积，降低了接触电阻，且用Ti金属材料作为第一层微带线金属，所需制备的金属层的厚度将大大降低，从而本发明所制备的微带传输线结构不仅具有良好的微波特性，还降低了制造成本。
本发明在Ti金属材料采用Cu金属材料作为第一层微带线金属，由于采用价格较低且电阻率较低的Cu材料作为导电层，不仅降低了制造成本，而且提高了微带线金属层的导电性。
本发明体供了一种射频电路微带线金属结构及制作方法，降低制作成本，增强了传输线金属的导电性，提高了电路的可靠性。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于无金工艺的微带传输线结构的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种基于无金工艺的微带传输线结构的制备方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于无金工艺的微带传输线结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1、图2和图3，图1是本发明实施例提供的一种基于无金工艺的微带传输线结构的制备方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的另一种基于无金工艺的微带传输线结构的制备方法的流程示意图；图3是本发明实施例提供的一种基于无金工艺的微带传输线结构的结构示意图。本实施例提供一种基于无金工艺的微带传输线结构的制备方法，该微带传输线结构的制备方法包括：
步骤1、选取半导体基片1。
步骤2、在半导体基片1上制备绝缘层2。
具体地，利用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD，Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition)在半导体基片1上制备绝缘层2。
优选地，绝缘层2的材料为SiO2。
优选地，绝缘层2的厚度为200～300nm。
步骤3、在绝缘层2上制备钝化层3。
具体地，利用等离子体增强化学气相沉积工艺在绝缘层2上制备钝化层3。
优选地，钝化层3的材料为SiN。
优选地，钝化层3的厚度为200～300nm。
步骤4、在钝化层3上制备微带线金属开孔区。
步骤4.1、在钝化层3上制备光刻胶。
具体地，首先将样品1放在热板上进行烘烤，然后在钝化层3上进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将制备了光刻胶的样品1放在热板上进行烘烤，其中，样品1包括依次层叠的半导体基片1、绝缘层2和钝化层3。
步骤4.2、对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光。
具体地，将制备好光刻胶的样品1放入光刻机中，以对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光。
步骤4.3、将曝光后的钝化层3在显影液中进行显影以移除微带线金属开孔区内的光刻胶。
具体地，将完成曝光后的样品1放入显影液中进行显影，以移除微带线金属开孔区内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
步骤4.4、利用感应耦合等离子体刻蚀工艺(ICP，Inductive Coupled Plasma)移除微带线金属开孔区内的钝化层3，以制备微带线金属开孔区。
具体地，利用感应耦合等离子体ICP刻蚀工艺在反应气体为CF4和O2的条件下，移除互联开孔区域内的钝化层3，以制备微带线金属开孔区。
步骤5、在微带线金属开孔区以及未开孔的钝化层3上进行光刻，以暴露微带线金属开孔区。
步骤5.1、在微带线金属开孔区以及未开孔的钝化层3上制备剥离胶。
具体地，首先将完成金属互联层开孔刻蚀的样品2放在热板上进行烘烤，然后在微带线金属开孔区以及未开孔刻蚀的钝化层3上进行剥离胶的涂胶和甩胶，并将制备了剥离胶的样品2放在热板上进行烘烤，其中，样品2为在样品1上制备了微带线金属开孔区的样品。
步骤5.2、在剥离胶上制备光刻胶。
具体地，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将制备了光刻胶的样品2放在热板上进行烘烤。
步骤5.3、对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光。
具体地，将完成涂胶和甩胶的样品2放入光刻机中对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光。
步骤5.4、将曝光后的微带线金属开孔区在显影液中进行显影移除微带线金属开孔区内的光刻胶和剥离胶，以暴露微带线金属开孔区。
具体地，将完成曝光的样品2放入显影液中进行显影，移除微带线金属开孔区内的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干，以暴露微带线金属开孔区。
步骤6、在微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层4和位于第一微带金属层4上的第二微带金属层5，其中，第一微带金属层4的材料为Ti，第二微带金属层5的材料为Cu。
步骤6.1、在微带线金属开孔区内和微带线金属开孔区外的光刻胶上依次淀积第一导电层和位于第一导电层上的第二导电层，其中，第一导电层的材料为Ti，第二导电层的材料为Cu。
具体地，首先，将有微带线金属开孔区的样品2放入等离子去胶机中进行底膜处理，然后，将底膜处理后的样品2放入磁控溅射仪中，之后在微带线金属开孔区和微带线金属开孔区外的光刻胶上利用磁控溅射工艺依次淀积第一导电层和位于第一导电层上的第二导电层，以形成由下向上依次由Ti和Cu两层金属组成的金属堆栈结构。
步骤6.2、对微带线金属开孔区外的第一导电层和第二导电层进行剥离，移除微带线金属开孔区外的第一导电层、第二导电层、光刻胶和剥离胶，以在微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层4和位于第一微带金属层4上的第二微带金属层5。
具体地，对完成互联金属溅射的样品3进行剥离，以移除微带线金属开孔区外的第一导电层、第二导电层、光刻胶和剥离胶，再用超纯水冲洗移除微带线金属开孔区外的第一导电层、第二导电层、光刻胶和剥离胶的样品3并用氮气吹干，以在微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层4和位于第一微带金属层4上的第二微带金属层5，其中，样品3为在样品2的微带线金属开孔区内制备第一微带金属层4和第二微带金属层5的样品。
优选地，第一微带金属层3的厚度为500nm～1000nm。
优选地，第二微带金属层5的厚度为2000nm～3000nm。
步骤7、在第一微带金属层4侧壁、第二微带金属层5上及第二微带金属层5侧壁生长钝化层3。
具体地，利用等离子体增强化学气相沉积工艺在第一微带金属层4侧壁、第二微带金属层5上及第二微带金属层5侧壁制备钝化层3。
优选地，在第二微带金属层5上的钝化层3的材料为SiN。
优选地，在第二微带金属层5上的钝化层3的厚度为100～200nm。
本发明由于采用粘附性好的Ti金属材料作为第一层微带线金属，从而增大了接触面积，降低了接触电阻，且用Ti金属材料作为第一层微带线金属，所需制备的金属层的厚度将大大降低，从而本发明所制备的微带传输线结构不仅具有良好的微波特性，还降低了制造成本。
本发明在Ti金属材料采用Cu金属材料作为第一层微带线金属，由于采用价格较低且电阻率较低的Cu材料作为导电层，不仅降低了制造成本，而且提高了微带线金属层的导电性。
本发明体供了一种射频电路微带线金属结构及制作方法，降低制作成本，增强了传输线金属的导电性，提高了电路的可靠性。
本发明的技术关键是在SiO2绝缘层之上引入了Ti界面层和Cu导电层，之后对器件进行了钝化，该钝化层将Cu导电层和Ti界面层的侧壁也包覆住，更全面地防止了微带金属表面氧化，提高了电路可靠性。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上提供一种具体地微带传输线结构的制备方法，其在待加工电路上制作微带线金属层Ti/Cu的厚度依次为1000nm、2000nm的微带金属结构，该微带传输线结构的制备方法包括：
步骤1、在已生长SiO2绝缘层的半导体基片上，利用等离子体增强化学气相沉积工艺生长200nm厚的SiN钝化层。
1a)对待加工样品进行表面清洗：
首先，将样品放入丙酮溶液中超声清洗3mim，其超声强度为3.0；
然后，将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0；
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；
1b)在完成表面清洗的样品上，利用等离子体增强化学气相沉积工艺生长厚度为200nm的SiN钝化层，其生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，射频功率为22W。
步骤2、在SiN钝化层上光刻微带线金属开孔区，并利用感应耦合等离子体工艺刻蚀掉微带线金属开孔区的SiN钝化层。
2a)在SiN钝化层上光刻微带线金属开孔区：
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/mim，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
接着，将样品放入光刻机中对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除微带线金属开孔区内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
2b)利用感应耦合等离子体刻蚀工艺在反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W的条件下，移除微带线金属开孔区内的200nm厚的SiN钝化层。
步骤3、在微带线金属开孔区以及未开孔刻蚀的SiN钝化层上进行光刻。
首先，将完成微带线金属开孔区刻蚀的样品放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，在微带线金属开孔区以及未开孔刻蚀的SiN钝化层上进行剥离胶的涂胶和甩胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
之后，将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光的样品放入显影液中移除微带线金属开孔区内的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
步骤4、在微带线金属开孔区外的光刻胶上以及微带线金属开孔区内的SiO2绝缘层上依次淀积1000nm的Ti导电层(即第一导电层)、3000nm的Cu导电层(即第二导电层)。
首先，将有微带线金属开孔区的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min；
然后，将底膜处理后的样品放入磁控溅射仪中，待反应腔室真空度达到2×10- 6Torr之后在微带线金属开孔区内和微带线金属开孔区外的光刻胶上利用磁控溅射工艺依次淀积1000nm的Ti导电层、3000nm的Cu导电层形成由下向上依次由Ti和Cu两层金属组成的金属堆栈结构。
步骤5、对完成互联金属溅射的样品进行剥离，以移除微带线金属开孔区外的Ti导电层、Cu导电层、光刻胶和剥离胶；再用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
步骤6、在微带线金属层上，利用等离子增强化学气相沉积工艺生长100nm厚的SiN钝化层；
在完成互联金属制作的样品上，利用等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺生长厚度为100nm的SiN钝化层，其生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，射频功率为22W。
实施例三
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于无金工艺的微带传输线结构的结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上提供一种基于无金工艺的微带传输线结构，该微带传输线结构包括：
半导体基片1；
绝缘层2，所述绝缘层2位于所述半导体基片1上；
第一微带金属层4，第一微带金属层4位于部分绝缘层2上；
第二微带金属层5，第二微带金属层5位于第一微带金属层4上，其中，第一微带金属层4的材料为Ti，第二微带金属层5的材料为Cu；
钝化层3，钝化层3位于第二微带金属层5和剩余的绝缘层2上。
优选地，第一微带金属层3的厚度为500nm～1000nm。
优选地，第二微带金属层5的厚度为2000nm～3000nm。
优选地，绝缘层2的材料为SiO2。
优选地，绝缘层2的厚度为200～300nm。
优选地，钝化层3的材料为SiN。
优选地，绝缘层2上的钝化层3的厚度为200～300nm。
优选地，第二微带金属层5上的钝化层3的厚度为100～200nm。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于无金工艺的微带传输线结构的制备方法，其特征在于，包括：
选取半导体基片(1)；
在所述半导体基片(1)上制备绝缘层(2)，所述绝缘层(2)的材料为SiO2，所述绝缘层(2)的厚度为200～300nm；
在所述绝缘层(2)上制备钝化层(3)；
在所述钝化层(3)上制备微带线金属开孔区；
在所述微带线金属开孔区以及未开孔的所述钝化层(3)上进行光刻，以暴露所述微带线金属开孔区；
在所述微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层(4)和位于所述第一微带金属层(4)上的第二微带金属层(5)，其中，所述第一微带金属层(4)的材料为Ti，所述第二微带金属层(5)的材料为Cu，所述第一微带金属层(4)的厚度为500nm～1000nm，所述第二微带金属层(5)的厚度为2000nm～3000nm；
在所述第一微带金属层(4)侧壁、所述第二微带金属层(5)上及所述第二微带金属层(5)侧壁制备钝化层(3)；
在所述微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层(4)和位于所述第一微带金属层(4)上的第二微带金属层(5)，包括：
在所述微带线金属开孔区内和所述微带线金属开孔区外的光刻胶上依次淀积第一导电层和位于所述第一导电层上的第二导电层；
对所述微带线金属开孔区外的所述第一导电层和所述第二导电层进行剥离，移除所述微带线金属开孔区外的所述第一导电层、所述第二导电层、光刻胶和剥离胶，以在所述微带线金属开孔区内依次制备第一微带金属层(4)和位于所述第一微带金属层(4)上的第二微带金属层(5)。
2.根据权利要求1所述的微带传输线结构的制备方法，其特征在于，在所述半导体基片(1)上制备绝缘层(2)，包括：
利用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述半导体基片(1)上制备绝缘层(2)。
3.根据权利要求1所述的微带传输线结构的制备方法，其特征在于，在所述绝缘层(2)上制备钝化层(3)，包括：
利用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述绝缘层(2)上制备钝化层(3)。
4.根据权利要求1所述的微带传输线结构的制备方法，其特征在于，在所述钝化层(3)上制备微带线金属开孔区，包括：
在所述钝化层(3)上制备光刻胶；
对微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光；
将曝光后的所述钝化层(3)在显影液中进行显影以移除微带线金属开孔区内的光刻胶；
利用感应耦合等离子体刻蚀工艺移除微带线金属开孔区内的钝化层(3)，以制备微带线金属开孔区。
5.根据权利要求1所述的微带传输线结构的制备方法，其特征在于，在所述微带线金属开孔区以及未开孔的所述钝化层(3)上进行光刻，以暴露所述微带线金属开孔区，包括：
在所述微带线金属开孔区以及未开孔的所述钝化层(3)上制备剥离胶；
在所述剥离胶上制备光刻胶；
对所述微带线金属开孔区内的光刻胶进行曝光；
将曝光后的所述微带线金属开孔区在显影液中进行显影移除所述微带线金属开孔区内的光刻胶和剥离胶，以暴露所述微带线金属开孔区。
6.根据权利要求1所述的微带传输线结构的制备方法，其特征在于，在所述第一微带金属层(4)侧壁、所述第二微带金属层(5)上及所述第二微带金属层(5)侧壁制备钝化层(3)，包括：
利用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述第一微带金属层(4)侧壁、所述第二微带金属层(5)上及所述第二微带金属层(5)侧壁制备所述钝化层(3)。
7.一种基于无金工艺的微带传输线结构，其特征在于，所述微带传输线结构由权利要求1至6任一项所述的微带传输线结构的制备方法进行制备，所述微带传输线结构包括：
半导体基片(1)；
绝缘层(2)，所述绝缘层(2)位于所述半导体基片(1)上；
第一微带金属层(4)，所述第一微带金属层(4)位于部分所述绝缘层(2)上；
第二微带金属层(5)，所述第二微带金属层(5)位于所述第一微带金属层(4)上，其中，所述第一微带金属层(4)的材料为Ti，所述第二微带金属层(5)的材料为Cu；
钝化层(3)，所述钝化层(3)位于所述第二微带金属层(5)和剩余的所述绝缘层(2)上。
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