一种提高电容抗击穿能力的电容结构和MMIC器件的制作方法

一种提高电容抗击穿能力的电容结构和mmic器件
技术领域
1.本实用新型涉及半导体生产领域，尤其涉及一种提高电容抗击穿能力的电容结构和mmic 器件。


背景技术：

2.电容是电容元件(电容器)的简称，以储存电荷为其特征，因此具有储存电场能量的功能。常见的mim薄膜电容类型多为金属层—薄膜层—金属层，如图1所示，其中具体包括位于半导体基板上的：第一层金属层为下极金属板2，薄膜层为介电层3，第二层金属层为上极金属板4。
3.电容器在电场作用下，瞬时发生的击穿为击穿电压。其机理是电容介质中的自由电子在强电场作用下，碰撞中性分子，使之电离产生正离子和新的自由电子，这种电离过程的急剧进行，形成雪崩式的电子流，从而导致介质击穿，而较多介质击穿发生在拼板电容的边缘。电容两极板之间存在静电场，使边缘处的电场分布不均匀，从而造成电容的边缘效应，这就是我们经常看到的电容边缘被击穿的情况，因此提高电容击穿尤其是电容边缘的击穿就显得尤为重要。
4.因此，针对上述问题，提供一种提高电容抗击穿能力的电容结构和mmic器件，是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高电容抗击穿能力的电容结构和mmic器件。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.本实用新型的第一方面，提供一种提高电容抗击穿能力的电容结构，包括：
8.半导体基板；
9.下极金属板，位于半导体基板的绝缘区域上方；
10.第一氮化物介电层，覆盖在半导体基板和金属下极板上，并具有位于金属下极板上的第一开孔；
11.第二氮化物介电层，覆盖在所述第一氮化物介电层和第一开孔上；
12.上极金属板，位于第二氮化物介电层上、且位于第一开孔上方。
13.进一步地，所述第一氮化物介电层和第二氮化物介电层均为氮化硅层。
14.进一步地，所述第一氮化物介电层的厚度为
15.进一步地，所述第二氮化物介电层的厚度为
16.进一步地，所述下极金属板由下至上分别包括：第一金属钛层、金属铜层和第二金属钛层。
17.进一步地，所述第一金属钛层和金属铜层之间还包括金属镍层、金属铂层、金属钼层、第三金属钛层中的其中一层。
18.进一步地，所述上极金属板由下至上分别包括：第四金属钛层和金属金层。
19.进一步地，所述下极金属板和上极金属板外接测试pad。
20.进一步地，所述半导体基板为gaas基板、gan基板或inp基板。
21.本实用新型的第二方面，提供一种mmic器件，包括所述的电容结构。
22.本实用新型的有益效果是：
23.(1)在本实用新型的一示例性实施例中，将原本不开孔的介电层的下方，再增加一层在下极金属板上方开孔的第一氮化物介电层，即是将电容两边在原本的基础上垫高，减弱电容的边缘效应，从而达到提高电容击穿的目的。也就是说，平板电容两边被垫高之后，边缘击穿点烟会随之增加，并且不会因为电容的边缘效应导致电容失效。
24.(2)在本实用新型的又一示例性实施例中，下极金属板由下至上分别包括：第一金属钛层、金属铜层和第二金属钛层。第一金属钛层作为增加与半导体基板粘附性的金属层，金属铜层作为导电层金属，第二金属钛层作为增加与上层介质粘附性的金属层。
25.(3)在本实用新型的又一示例性实施例中，下极金属板和上极金属板外接测试pad，测试pad可用于对该电容结构出厂前的性能检测。
26.(4)在本实用新型的又一示例性实施例中，半导体基板为gaas基板、gan基板或inp 基板，从而使得本电容结构在gaas、gan、inp等化合物半导体mmic设计中具有极高的应用价值。
附图说明
27.图1为现有技术中提供的一种电容结构的示意图；
28.图2为本实用新型一示例性实施例中提供的一种提高电容抗击穿能力的电容结构的示意图；
29.图中，1-半导体基板，2-下极金属板，3-介电层，301-第一氮化物介电层，30101-第一开孔，302-第二氮化物介电层，4-上极金属板。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
34.应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。此外，属于“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。
35.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
36.参见图2，图2示出了本实用新型一示例性实施例中提供的一种提高电容抗击穿能力的电容结构的示意图，包括：
37.半导体基板1；
38.下极金属板2，位于半导体基板1的绝缘区域上方；
39.第一氮化物介电层301，覆盖在半导体基板1和金属下极板2上，并具有位于金属下极板2上的第一开孔30101；
40.第二氮化物介电层302，覆盖在所述第一氮化物介电层301和第一开孔30101上；
41.上极金属板4，位于第二氮化物介电层302上、且位于第一开孔30101上方。
42.具体地，在本示例性实施例中，将如图1中原本不开孔的介电层2(即图2中的第二氮化物介电层302)的下方，再增加一层在下极金属板2上方开孔的第一氮化物介电层301(如图2所示)，即是将电容两边在原本的基础上垫高，减弱电容的边缘效应，从而达到提高电容击穿的目的。也就是说，平板电容两边被垫高之后，边缘击穿点烟会随之增加，并且不会因为电容的边缘效应导致电容失效。
43.另外，相较于在金属板-氮化物-氮化物-聚酰亚胺层-金属板这种结构来说：(1)本示例性实施例少做了一道工序，极大节约了时间以及材料成本，同时能达到提高电容击穿的目的； (2)现有技术中的聚酰亚胺层并非是提高电容击穿的主要原因，反而由于它的增加容易导致两端侧壁由于角度问题而产生裂纹，从而导致电容失效，因此不采用聚酰亚胺层的本示例性实施例较优。
44.更优地，在一示例性实施例中，所述第一氮化物介电层301和第二氮化物介电层302均为氮化硅层(即sin
x
)。
45.更优地，在一示例性实施例中，所述第一氮化物介电层301的厚度为更优地，在一示例性实施例中，所述第二氮化物介电层302的厚度为
46.更优地，在一示例性实施例中，所述下极金属板2由下至上分别包括：第一金属钛层、金属铜层和第二金属钛层。
47.具体地，在该示例性实施例中，第一金属钛层作为增加与半导体基板1粘附性的金
属层，金属铜层作为导电层金属，第二金属钛层作为增加与上层介质(第一氮化物介电层301和第二氮化物介电层302)粘附性的金属层。
48.更优地，在一示例性实施例中，所述第一金属钛层和金属铜层之间还包括金属镍层、金属铂层、金属钼层、第三金属钛层中的其中一层。
49.具体地，在该示例性实施例中，第一金属钛层和金属铜层之间为x层，x层主要起刻蚀阻挡作用，在进行背面通孔刻蚀时时防止因过刻导致刻穿的情况，而金属x起到了很好的阻挡作用。对应层的厚度可以为：ti(30～100nm)/x(30～100nm)，若有 /au(100～1000nm)/ti(1～15nm)。
50.更优地，在一示例性实施例中，所述上极金属板由下至上分别包括：第四金属钛层和金属金层。
51.更优地，在一示例性实施例中，所述下极金属板和上极金属板外接测试pad。具体地，在该示例性实施例中，测试pad可用于对该电容结构出厂前的性能检测。
52.更优地，在一示例性实施例中，所述半导体基板为gaas基板、gan基板或inp基板。
53.具体地，在该示例性实施例中，该电容结构在gaas、gan、inp等化合物半导体mmic设计中具有极高的应用价值。
54.更优地，在一示例性实施例中，公开了所述电容结构的制备方法：
55.s01：在半导体基本1的绝缘区域制作下极金属板2；
56.s03：沉积第一层氮化物介质层301，并在下极金属板2上面开孔形成第一开孔30101，在下极金属板2两侧保留一部分氮化物介质；
57.s05：沉积第二层氮化物介质层302，第二层氮化物介质层302无需开孔；
58.s07：制作上极金属板4。
59.其中，下极金属板2的制作工艺包括：
60.s11：通过上光阻、曝光、显影形成下极金属板2的光刻图形；
61.s12：使用真空蒸镀法层金属层；
62.s13：用lift off工艺进行金属剥离。
63.其中，步骤s11中所述的光刻使用的光刻胶为负胶，显影后暴露出的区域为第一层金属图形。
64.步骤s12中的金属蒸镀，按蒸镀先后顺序分别为ti/x/au/ti(钛/x/金/钛)，其中x包含但不限于ni(镍)、pt(铂)、mo(钼)、ti(钛)或无，各层金属厚度分别为 ti(30～100nm)/x(30～100nm)/au(100～1000nm)/ti(1～15nm)。
65.步骤s13中所述的金属剥离，使用光刻胶脱除液去除整个晶圆上的光刻胶，非金属图形区域的金属随光刻胶的脱除而去除，仅保留无pr区域(光刻胶区域)的金属。所述光刻胶脱除液包含但不限于nmp(n-甲基吡咯烷酮)。
66.沉积第一层氮化物介质层301的制作工艺包括：
67.s14：使用等离子体化学气相沉积法进行中间介质层薄膜沉积；
68.s15：通过上光阻、曝光、显影形成第一层介质层光刻图形；
69.s16：使用干法刻蚀去除无光刻胶覆盖的图形区域；
70.s17：湿法去胶。
71.其中，步骤s14中所述的介质层为sin
x
约总厚度约为
72.步骤s15中所述的光刻使用的光刻胶为正胶，显影后暴露出的区域为需开孔的图形区域。
73.步骤s16中所述的干法刻蚀为离子刻蚀，刻蚀气体为c
xfy
、s
xfy
不等。
74.步骤s17中所述的pr strip湿法去胶，使用光刻胶脱除液去除整个晶圆上的光刻胶，所述光刻胶脱除液包含但不限于nmp(n-甲基吡咯烷酮)。
75.沉积第二层氮化物介质层302的制作工艺包括：
76.s18：使用等离子体化学气相沉积法进行中间介质层薄膜沉积；
77.s19：通过上光阻、曝光、显影形成第二层介质层光刻图形；
78.s20：使用干法刻蚀去除无光刻胶覆盖的图形区域；
79.s21：湿法去胶。
80.其中，步骤s18中所述的第二层介质层为sinx约总厚度约为步骤s19 同步骤s15；步骤s20同步骤s16；步骤s21同步骤s17。
81.上极金属板4的制作工艺包括：
82.s22：通过上光阻、曝光、显影形成上极金属板4的光刻图形；
83.s23：使用真空蒸镀法沉积上极金属板4；
84.s24：用lift off工艺进行金属剥离。
85.步骤s22同步骤11；
86.其中，步骤s23同步骤s12；其中第二层金属蒸镀，按蒸镀先后顺序分别为ti/au/(钛/ 金)，各层金属厚度分别为ti(30～100nm)//au(1000～2000nm)。步骤s24同步骤s13。
87.具体地，本示例性实施例的电容结构，其涉及的制作工艺与晶圆厂的设备和工艺兼容性高，适用于分立器件或mmic的大规模生产制造。
88.本实用新型的又一示例性实施例，提供一种mmic器件，包括上述任一示例性实施例所述的电容结构。
89.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。