一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺的制作方法
【专利摘要】一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺，在GaAs基微波器件的制备工艺过程中，加入Pt薄膜热敏电阻制造工艺环节，并使其完全融入现有微波器件工艺，在晶圆上制备出Pt热敏电阻对器件温度进行实时检测。GaAs衬底作为衬底，承担载荷、散热等作用，生长在上面的外延层是缓冲层，正面电路包括GaAsHEMT器件、HBT器件、电容电阻等微波集成电路，再生长一层GaN钝化层即是为了保护表面电路，也是为Pt薄膜电阻提供缓冲作用。本发明的目的在于提供了一种解决GaAs基微波器件、微波单片集成电路热损毁问题的方法，该方法在晶圆上改善GaAs功率器件且可避免pHEMT、HBT功率放大器的热引起器件功率降低甚至烧毁。
【专利说明】—种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及GaAs器件及微波单片电路MMIC制造领域，具体涉及一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺。
【背景技术】
[0002]GaAs器件具有高电子迁移率，因此具有很好的高频、低噪声、高增益特性。砷化镓基微波单片集成电路(GaAs MMIC)，是在半绝缘的砷化镓衬底上通过一系列诸如蒸发、外延生长和腐蚀等半导体工艺制备出无源和有源器件，并连接起来构成应用于微波、毫米波频段的功能电路。
[0003]而GaAs微波功率放大器(PA)是目前应用最广的单片集成电路之一，已经成为军用、民用通信领域的关键组件之一。
[0004]但是GaAs的导热性较差，因此功率性器件的产生热效应是其最大的问题。随着输入功率的增大，晶体管工作在大功率时会产生严重的热失控，造成增益、功率降低，特别是HBT器件具有明显的增益坍塌现象，长久的热积累，甚至会引起器件的烧毁。如果器件工作在高空甚至外太空环境，器件烧毁的打击是毁灭性的。
[0005]为解决以上热问题，传统常用的方法是电路设计时在每个HBT的基极或发射极串联一个镇流电阻器，或者使用功率回退的方法；在制造工艺层面的热处理方法包括减薄衬底、覆晶凸块技术、增加背孔等。但是，镇流电阻虽然能降低功率放大器(PA)等器件电路的热效应，却明显降低了器件的增益功率特性，并且只能吸收一部分热，对于长期的热积累问题贡献不大；功率回退的方法更是降低了器件使用价值，增加体积、成本；而工艺上减薄等热处理方法，都有一定的极限，仍不能很好的控制热损毁问题。
[0006]在热监测方面，在微波领域使用电学法测量结温，但是这种方法只能在器件应用之前的可靠性实验使用，不能解决在具体应用过程中热问题；而电学领域测温元件，如Mo-Cu-Ni等混合材料的热敏电阻已经非常成熟，但是体积上不符合单片应用，且工艺上与微波器件、单片工艺很难相融。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供了一种解决GaAs基微波器件、微波单片集成电路热损毁问题的方法，该方法在晶圆上改善GaAs功率器件且可避免pHEMT、HBT功率放大器的热引起器件功率降低甚至烧毁。
[0008]为实现上述目的，本发明采用的方法实施流程如下，在GaAs基微波器件的制备工艺过程中，加入Pt薄膜热敏电阻制造工艺环节，并使其完全融入现有微波器件工艺，在晶圆上制备出Pt热敏电阻对器件温度进行实时检测。本发明适用于GaAs基微波功率器件，如:pHEMT或HBT功率器件、功率放大器的制备工艺。
[0009]GaAs衬底I作为衬底，承担载荷、散热等作用，生长在上面的外延层2是缓冲层，正面电路3包括GaAs HEMT器件、HBT器件、电容电阻等微波集成电路，再生长一层GaN钝化层4即是为了保护表面电路4，也是为Pt薄膜电阻5提供缓冲作用。
[0010]具体工艺过程如下，
[0011]S1.在晶圆表面制备一层GaN钝化层，同时这也是为Pt热敏电阻制备充当陶瓷衬底材料，由于GaN热阻相对稍高，因此此钝化层应足够薄，约为Ium左右；
[0012]S2.在陶瓷衬底上涂覆光之抗腐蚀胶，光刻出Pt热敏电阻微结构图形；
[0013]S3.使用磁控溅射设备，沉积Pt金属薄膜，厚度约为0.3um左右；
[0014]S4.在盐浴中去除光刻胶；
[0015]S5.在300°C温度下退火处理，或进行快速高温退火处理，最后得到沉积在陶瓷衬底上的Pt金属微结构图形。
[0016]其中，退火处理可以提高Pt薄膜电阻的稳定性，消除空位、位错等缺陷；提高薄膜的热电系数；排除膜中部分杂质(气态、固态)，纯度有所增加；附着力增强，Pt膜薄膜更牢靠；消除应力，薄膜强度提高。
[0017]S6.利用激光调阻设备调整Pt金属薄膜电阻阻值。
[0018]S7.使用引线键合方式制作Pt薄膜热敏电阻的电极。
[0019]由于具有很好的工艺相融性，本方法允许灵活的器件设计，如将Pt热敏电阻设计在管芯附近可以准确的监测到器件PHEMT源漏级、HBT集射极温度，也允许设计在器件边缘，在电路设计时间接反映器件温度。
[0020]本发明的优势在于，工艺上与现有GaAs基微波器件的制备工艺完全相融；片上可集成，解决了目前微波功率器件温度无法在使用过程中实时检测的问题；可以有效提高相同性能的功率器件的工作极限，降低设计难度，减少集成芯片面积，降低成本；实时温度检测可以在器件工作温度在一定限额时，主动降低器件工作功率或采取其他散热方式或主动控制自动切换功率器件等，有效防止器件的热积累引起的器件损毁现象，提高可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为工艺流程图；
[0022]图2为Pt薄膜热敏电阻晶圆上结构图；
[0023]图3a为Pt薄膜热敏电阻位于pHEMT器件源漏极或HBT器件集射极附近的表面图形；
[0024]图3b为Pt薄膜热敏电阻位于器件周围的表面图形；
[0025]图中:l、GaAs衬底，2、外延层，3、正面电路，4、GaN钝化层，5、Pt薄膜热敏电阻，6、HBT集电极多指结构，7、Pt薄膜热敏电阻结构.
【具体实施方式】
[0026]如图1-图3(b)所示，一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺，其制作工艺如下，
[0027]1.在已有的工艺线上完成GaAs器件、电路的制备，生成表面电路结构3 ;
[0028]2.在晶圆表面制备一层GaN钝化层4,此钝化层生长于晶圆表面电路3之上,且钝化层应足够薄，约为Ium左右；如图2所示；
[0029]3.在GaN钝化层4上涂覆光之抗腐蚀胶，光刻出Pt热敏电阻5微结构图形；微结构图形如图3a_3b所示；
[0030]其中，图3b为Pt薄膜热敏电阻位于器件周围的表面图形，可以做成与器件表面形状不相关的图案，以达到最好的热敏系数的同时，节省面积；而图3a所示结构，位于pHEMT器件源漏极或HBT器件集射极附近，这就要求Pt热敏电阻图形尽量与器件相似或相同，以精确测量；
[0031 ] 4.使用磁控溅射设备，沉积Pt金属薄膜，厚度约为0.3um左右；
[0032]5.在盐浴中去除光刻胶；
[0033]6.在300°C温度下退火处理，或进行快速高温退火处理，最后得到沉积在GaN钝化层4上的Pt金属微结构图形；
[0034]7.利用激光调阻设备调整Pt金属薄膜阻值到适用值，常用100hm, 1KOhm, 20K0hm ；
[0035]8.使用引线键合方式制作Pt薄膜热敏电阻的电极。
【权利要求】
1.一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺，其特征在于:在GaAs基微波器件的制备工艺过程中,加入Pt薄膜热敏电阻制造工艺环节，并使其完全融入现有微波器件工艺，在晶圆上制备出Pt热敏电阻对器件温度进行实时检测； GaAs衬底(I)作为衬底，承担载荷、散热等作用，生长在上面的外延层(2)是缓冲层，正面电路(3)包括GaAsHEMT器件、HBT器件、电容电阻微波集成电路，再生长一层GaN钝化层(4)即是为了保护表面电路4，也是为Pt薄膜电阻(5)提供缓冲作用； 具体工艺过程如下， 51.在晶圆表面制备一层GaN钝化层，同时这也是为Pt热敏电阻制备充当陶瓷衬底材料，由于GaN热阻相对稍高，因此此钝化层应足够薄，约为Ium左右； 52.在陶瓷衬底上涂覆光之抗腐蚀胶，光刻出Pt热敏电阻微结构图形； 53.使用磁控溅射设备，沉积Pt金属薄膜，厚度约为0.3um左右； 54.在盐浴中去除光刻胶； 55.在300°C温度下退火处理，或进行快速高温退火处理，最后得到沉积在陶瓷衬底上的Pt金属微结构图形； 56.利用激光调阻设备调整Pt金属薄膜电阻阻值； 57.使用引线键合方式制作Pt薄膜热敏电阻的电极。
2.根据权利要求1所述的一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺，其特征在于:其制作工艺如下， 1)在已有的工艺线上完成GaAs器件、电路的制备，生成表面电路结构； 2)在晶圆表面制备一层GaN钝化层，此钝化层生长于晶圆表面电路3之上，且钝化层应足够薄，约为Ium左右； 3)在GaN钝化层上涂覆光之抗腐蚀胶，光刻出Pt热敏电阻微结构图形； 4)使用磁控溅射设备，沉积Pt金属薄膜，厚度约为0.3um左右； 5)在盐浴中去除光刻胶； 6)在300°C温度下退火处理，或进行快速高温退火处理，最后得到沉积在GaN钝化层上的Pt金属微结构图形； 7)利用激光调阻设备调整Pt金属薄膜阻值到适用值，常用lOOOhm，1KOhm,20K0hm ； 8)使用引线键合方式制作Pt薄膜热敏电阻的电极。
3.根据权利要求2所述的一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺，其特征在于:光刻出Pt热敏电阻微结构图形，Pt薄膜热敏电阻位于器件周围的表面图形，可以做成与器件表面形状不相关的图案，以达到最好的热敏系数的同时，节省面积；位于PHEMT器件源漏极或HBT器件集射极附近，这就要求Pt热敏电阻图形尽量与器件相似或相同，以精确测量。
【文档编号】H01L21/8252GK104409420SQ201410535499
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】王智勇, 张绵, 尧舜, 王青, 高鹏坤, 郑建华 申请人:北京工业大学