具有金属氮氧化物有源沟道的集成功率器件的制作方法_5

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芯片410上沉积了具有第一芯片钝化层厚度420t的第一芯片钝化层420,以实现所述薄膜电容器、所述薄膜电阻器、所述逻辑与控制电路芯片410之间的电气隔离;为了与具有低温有源沟道层的功率晶体管集成,所述的薄膜电容器500Ca包含了:具有第一电容电极厚度530t的第一电容电极530,第一电容器电介质层厚度540t的第一电容器介电层540,具有第二电容器电极厚度570t的第二电容器电极570,具有第一表面钝化层厚度550t的第一表面钝化层550 ;所述的薄膜电阻器500Rb应包含:具有第一薄膜电阻电极厚度570’t的第一薄膜电阻电极570’,具有第一电阻层厚度590t的第一电阻层590,具有第二薄膜电阻电极厚度570” t的第二薄膜电阻电极570”和具有第二表面钝化层厚度550’ t与第二表面钝化层的厚度550’。
[0082]对于本领域技术人员,电感器的结构是显而易见的。为形成一个完整的功率开关电路或放大电路,需要多个薄膜电阻器,薄膜电容器和薄膜电感器与至少一个具有低温金属氮氧化物第一有源沟道层的薄膜晶体管集成。
[0083]为了减小功率晶体管和逻辑与控制电路芯片之间的任何不希望的干扰,根据本发明又一实施例,图5b提供了一种集成智能型电力电子电路芯片500b的示意图,其中薄膜电容器500Cb及薄膜电阻器500Rb直接沉积在逻辑与控制电路芯片410上,500b还具有第一芯片钝化层厚度420t的第一芯片钝化层420,具有第二芯片钝化层厚度424t的第二芯片钝化层424,具有第一接地金属层厚度422t与第一接地金属层422,以实现所述薄膜电容器、所述薄膜电阻器、所述逻辑与控制电路芯片410之间的电气隔离以及降低RF干扰。具有第二栅极绝缘层厚度和第二栅极绝缘层固定电荷类型的第二栅极绝缘层用于控制功率晶体管的临界电压,具有第二有源沟道层厚度的第二有源沟道层用于改善载流子迁移率。
[0084]为了与含有低温有源沟道层的功率晶体管集成,所述的薄膜电容器500Cb应包含:具有第一电容电极厚度530t的第一电容电极530,第一电容器电介质层厚度540t的第一电容器介电层540,具有第二电容器电极厚度570t的第二电容器电极570,具有第一表面钝化层厚度550t的第一表面钝化层550 ;所述的薄膜电阻器应包含:具有第一薄膜电阻电极厚度570’ t的第一薄膜电阻电极570’,具有第一电阻层厚度590t的第一电阻层590,具有第二薄膜电阻电极厚度570” t的第二薄膜电阻电极570”和具有第二表面钝化层厚度550’ t与第二表面钝化层的厚度550’。
[0085]连接功率晶体管,薄膜电阻器,薄膜电容器和薄膜电感器的是多条沉积在逻辑与控制电路芯片410上的传输线600和600’(见图6a和6b)。
[0086]图6a是直接沉积在逻辑与控制电路410上微带传输线670示意图,图中包含具有第一芯片钝化层厚度420t的第一芯片钝化层420,具有第一接地金属层厚度422t的第一接地金属层422,具有第二芯片钝化层厚度424t的第二芯片钝化层424,以在所述微带传输线670和所述逻辑与控制电路芯片410之间实现电气隔离和降低射频干扰;为了与低温有源沟道层的功率晶体管集成,所述微带传输线670具有一个微带传输线宽度670w和微带传输线厚度670t。应该注意的是传输线600,600’的特性阻抗必须被控制为接近50欧姆,以减少不必要的反射和干扰。所述第一芯片钝化层优选的厚度值是在从4到10微米的范围;传输线的宽度值是从5微米至100微米的范围。
[0087]图6b是具有共面波导厚度670’ t和共面波导宽度670’ w的薄膜共面波导670’的示意图。其中第一接地线680包含了具有第一共面间隙空间670s的第一共面间隙670g ;第二接地线680’包含了具有第二共面间隙空间670’ s的第二共面间隙670’ g,直接沉积在逻辑与控制电路410上的有:具有第一表面钝化层厚度420t的第一表面钝化层420,具有第一接地金属层厚度422t的第一接地金属层422,具有第二钝化层厚度424t的第二钝化层424,以实现所述共面波导670’和所述逻辑与控制电路410之间的电气隔离;为了与低温有源沟道层的功率晶体管集成,需构造一个智能功率开关或一个RF放大器,并选择所述第一钝化层厚度420t,共面波导宽度,共面波导厚度,第一共面间隙空间670s,第二共面间隙空间670’ s以控制所述共面波导的特性阻抗。
[0088]用于功率开关或者电信号放大的具有金属氮氧化物有源沟道层的薄膜晶体管已作详细描述,底栅薄膜晶体管的结构已被采用,同样具有顶栅结构的金属氮氧化物有源沟道层薄膜晶体管也可使用。现在参照图7,该图是一个用于毫米波放大的且具有薄膜功率晶体管700TR的MMIC700的示意图,所示的薄膜电阻器700R,薄膜电容器700C,具有金属氮氧化物有源沟道层715的薄膜晶体管700TR都沉积在CMOS逻辑与控制电路芯片705上的具有第一芯片钝化层厚度710T的第一芯片钝化层710上。CMOS逻辑与控制电路芯片705具有逻辑与控制电路芯片厚度705T以及具有底部金属接地层厚度785T的底部金属接地层785。所述薄膜电阻器700R包括了具有薄膜电阻层厚度760T的薄膜电阻层760、具有薄膜电阻电极厚度770T的第一薄膜电阻电极770A和第二薄膜电阻电极770B,定义了一个薄膜电阻电极间距760L和具有表面钝化层厚度780T的表面钝化层780。
[0089]所述具有薄膜电容器包括了具有底部电极厚度725T的薄膜电容器底部电极725和薄膜电容器底部电极漏极72?,具有薄膜电容器介电层厚度750T的薄膜电容器介电层750,具有薄膜电容器顶部电极厚度755T的薄膜电容器顶部电极755,与所述薄膜电容器底部电极725通过电容器重叠区域745L重叠。所述薄膜晶体管700TR包括了具有有源沟道厚度715T的金属氮氧化物有源沟道层715,漏极接触层720D,具有接触层厚度720T的源极接触层720S,所述漏极接触层720D接触所述薄膜电容器底部电极725的一部分,所述源极接触层720S接触源极金属电极725S的一部分,栅极绝缘层厚度730T的栅极绝缘层730,其中所述功率晶体管器件具有一个顶栅结构,顶栅结构中的闸杆部分735有闸杆长度735L和闸杆高度735 T,闸顶部分740有闸顶长度740L和闸顶高度740T,所述闸杆部分和闸顶部分的截面部分选择从50纳米到2微米,适于毫米波应用的高频率开关或者放大。
[0090]为了简化说明,形成模块和放大器所需的薄膜电感器未在图7中示出。应当指出,形成完整的模块或放大器,需要至少一个薄膜电阻器,至少一个薄膜电容器,至少一个薄膜电感器和至少一个具有金属氮氧化物有源通道的薄膜晶体管。为了最大限度地减少所述CMOS逻辑与控制电路芯片和沉积在所述第一芯片钝化层420上的薄膜电阻器,薄膜电容器,薄膜电感器和薄膜晶体管之间不必要的干扰,最好具有第一接地金属层422和第二芯片钝化层424 (参见图4d),使得所述第一接地金属层夹在所述第一芯片钝化层和第二芯片钝化层之间。选择所述第一芯片钝化层的厚度,从而在所述第一芯片钝化层顶部的传输阻抗接近50欧姆。
[0091]参考文献
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