[发明专利]一种砷化镓器件金属保护环

说明书

本发明涉及一种砷化镓器件金属保护环。本发明砷化镓器件金属保护环围绕管芯设置并包括至少三层金属层，第一层金属层设置在衬底上，第二层以上金属层包括连接在一起的连续部和断开部，连续部围绕管芯，连续部的上方和上一层金属层连接，断开部分段设置，断开部下方和下一层金属层连接，第二层以上相邻两层金属层的断开部互相错开设置，金属保护环两侧及相邻的两个断开部之间为介电材料。本发明使得第二、第三层金属层之间不容易残留BCB有机介电材料，提高了器件可靠性。由于金属层连续部和断开部形成类似桥墩型结构，使得器件在保护环处更加稳定，提供器件良率，也使得电镀金使用量减少，降低了成本，本发明设计巧妙，加工方便，具有极好的效果。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种砷化镓器件金属保护环。

背景技术

5G通信、物联网和智慧家居正在改变人类的日常生活，而高频、高功率、功能多样化的半导体元器件则是这些高科技产业发展的关键技术。由于材料的特性，硅器件无法达到高功率和高频率的性能要求，则以砷化镓为代表的化合物半导体材料由于禁带宽度大、电子迁移率高等物理特性，使得以化合物半导体材料为基础的元器件在无线网络通讯等领域的应用显示出了突出的优势。消费者对未来通讯产品的要求日益倾向于更高的功率和更快的速度，这使化合半导体成为首选的材料。

化合物半导体除了基本元器件本身外延层结构的设计，加工工艺的改进，还有芯片内各种多样化功能单元，如垂直结构的晶体管HBT、平面结构的场效应管FET、赝高电子迁移率常效应晶体管pHEMT、金属薄膜电阻、电容、电感等，更高更复杂的集成整合，同一芯片内包含的功能组件更多也更多样化，各种单元器件间连接更多也更复杂，器件的可靠性要求也不断在提高，这些使得芯片内器件的连接集成整合面临难度更高的技术挑战。

层间介电导线连通技术(Inter Layer Dielectric,ILD)取代了传统空气桥技术可以使得管芯尺寸设计更小、提高抗机械能力。该技术目的是在导线和连接层数目不断增加的情况下，除了保证芯片内部不同功能组件间高质量的电极连通，增加金属布线灵活性，进一步缩小管芯尺寸。同时进一步减小层间铺设的金属导线间寄生电阻、电容，进而使伴随其来的传输延迟效应最小化。层间介电导线连通技术(ILD)比传统的空气桥技术有坚实的机械强度，能使倒装的封装工艺成为可能。

层间介电导线连通技术(ILD)中器件保护环在设计中是必不可少的结构。在有ILD结构的管芯上进行保护环设计要求保护环具有同样多层数的金属层和ILD层。保护环承载两个重要功能：1.可以有效将工艺工程中在晶圆表面积累的静电导出，防止静电高压损坏砷化镓器件，提高器件良率。2.防止水汽侵入管芯区域。所以在GaAs芯片设计和制造中，金属保护环的可靠性和导通性能是必不可少的环节。

传统保护环工艺如图1所示，由同样多层数金属层和ILD层组成：底层为电子束蒸发的金属布线，中间采用有更加低介电常数优势的BCB(K为2.8～3.3)有机介电材料，通过干法刻蚀工序将BCB刻开，溅射种子层金属并电镀金确保整个结构的导通。在对于需要更高的器件保护强度时需要在增加一层或者多层相似结构即第三层金属或者更多层金属层，传统的工艺是采用两层金属层。第三层金属层导入会影响到保护环的设计稳定性，传统的设计是第三层金属层直接落在第二层金属层上，两层金属层直接只靠溅射种子层金连接，这样的结构成本高耗金量大，容易在第三层金属层与第二层金属层之间残留BCB从而导致机械稳定性差，导静电能力差。主要原因是由于电镀金属本身的填空性能，在中心区域第二层金属层会下凹，这在第三层ILD的刻蚀会出现残留BCB无法去除的现象。结果是第三层金属层与第二层金属层连接之间包裹残留BCB，形成寄生电容，并在后续的高温工艺和封装时有裂开、分离的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种导静电能力更加强大，无残留BCB且机械性能更加稳定，金消耗量更少，成本更低的砷化镓器件金属保护环。