CN106898547A - 一种GaN声电集成器件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GaN集成器件的制作方法，即通过外延结构的设计，将GaN HBT器件、PN限幅器和AlN 表声波滤波器（SAW）器件集成在一个芯片上而实现整个RF接收组件的器件级集成，使以下设想成为可能：在未来的射频通信中，射频信号进入射频接收组件，通过AlN SAW实现滤波功能，滤波后的射频信号通过GaN HBT器件放大，同时为方便后续的信号处理，放大的信号通过GaN限幅器后，送入后续的信号处理器件中，如混频器等。另一方面，在GaN HBT器件设计中，对AlxGa1‑xN采用渐变层设计，消除导带尖峰，使电子更顺畅的从发射区注入基区。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaN声电集成器件的制作方法，属于半导体制造领域。
背景技术
进入二十一世纪以来，社会迈入了超高速发展的信息时代，全球数据业务呈现爆炸式增长，射频通信技术得到了广泛应用。
目前，主流的射频接收机的接收端架构为：SAW器件+信号放大器件+限幅器，三种独立的芯片构成可以一个射频接收端，但三种独立的芯片，存在以下问题：
1.组装时需调试，不利于大生产且人为因素的介入引入不确定因素，不利于提升整个组件的质量；
2.三款独立的芯片无法集成，对系统的进一步小型化和多功能不利；
3.三款独立的芯片，不利于成本的进一步降低。
另一方面，以GaN为代表的第三代半导体发展迅猛，已经逐步应用于射频通信、电力电子等领域。GaN性能优良，如GaN本征载流子浓度低，禁带宽度大，理论上可在500℃的高温环境下工作，可进一步减少电路保护装置和制热散热系统，进一步提高系统集成度。理论上，GaN同时满足低噪声放大器和功率放大器的需求。同时，随着薄膜制备技术的不断发展，高性能的AlN薄膜已可以实现低温（≤300℃）甚至常温制备，使后续的AlN器件集成成为可能。
同时，对AlxGa1-xN/GaN异质结而言，较大的Al含量一方面有利于减小发射结空穴注入引起电流增益减小现象，不必象同质结双极晶体管中那样，必须远远大于基区浓度，异质结可以允许基区比发射区有更高的掺杂，因而可以采用轻掺杂的发射区,从而降低发射结电容，但易于造成AlxGa1-xN/GaN界面处有较大的导带势垒尖峰。使用时随着电压的增大,不可避免地带来复合电流增大等问题。
本专利提出将GaN HBT器件与AlN器件多个集成，即将GaN HBT、GaN 限幅器与AlNSAW限幅器集成。使以下工作模式成为可能：
1.利用AlN SAW制作的滤波器，对空间中的射频信号进行滤波处理，
2.将滤波后的信号利用GaN HBT放大器进行放大，同时，HBT中PN结可用于限幅器的制作，限幅器的作用是小信号输入时呈现小损耗，大信号输入时进行大幅衰减，有利于对后续集成电路输入端的保护。
同时，利用GaN HBT发射结渐变层设计，消除导带尖峰，使电子更顺畅的从发射区注入基区，进一步提高HBT器件电流增益。
因此，该专利对进一步提高IC功能，提高集成度，简化系统，降低尺寸和成本有很好益处。在器件制作过程中，为了减少漏电流的产生，需进行器件隔离，由于HBT为纵向器件，而离子注入深度有限，因此将隔离工艺优化在台面制作工艺完成后。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种GaN声电集成器件的制作方法，声电集成器件外延结构从下至上依次包括：衬底、成核层、GaN过渡层、N-GaN集电区、P-GaN基区、N型发射区、N+-GaN帽层、期间隔离层和AlN层，其制作方法包括如下步骤：
步骤1：在外延结构的一侧，采用光刻、刻蚀、金属沉积、剥离等工艺，制作声表面波滤波器电极，形成完整的声表面波滤波器结构。
步骤2：采用光刻、刻蚀所述外延结构的中间部分，刻蚀深度从AlN层深入帽层表面，在露出的帽层两侧继续刻蚀至基区表面，形成基区台面，并在露出的基区台面两侧继续刻蚀至集电区表面；
步骤3：腐蚀所述外延结构的另一侧区域，腐蚀深度从AlN层表面至P-GaN基区表面，并从该区域基区表面两侧继续腐蚀至集电区表面，形成该区域的基区台面；
步骤4：采用离子注入的方式，在所述声表面波滤波器、异质结双极型晶体管以及GaN二极管限幅器之间注入离子形成隔离器件，其注入深度从所述三个器件之间露出的集电区表面深入到GaN过渡层内；
步骤5：在所述帽层上表面和露出的基区台面两侧以及基区一侧所露出的集电区台面上制作电极形成异质结双极型晶体管器件；在二极管限幅器区域基区台面上以及其一侧的集电区台面上设置电极形成GaN PN二极管限幅器结构。
步骤6：快速退火使电极形成欧姆接触。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：由于本专利涉及多个器件，因此必须采用离子注入隔离，在进行离子注入时，由于HBT为纵向器件，离子注入深度有限。已有专利将离子注入步骤放在HBT器件制作之前，实现难度较大，本专利将该步骤置于HBT基区制作完成之后，极大的减少了工艺难度 。
附图说明
图1是本发明实施例GaN声电集成器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参见图1提供的一种GaN声电集成器件的制作方法，声电集成器件外延结构从下至上依次包括：衬底、成核层、GaN过渡层、N-GaN集电区、P-GaN基区、N型发射区、N+-GaN帽层、期间隔离层和AlN层，其制作方法包括如下步骤：
步骤1：在外延结构的一侧，采用光刻、刻蚀、金属沉积、剥离等工艺，制作声表面波滤波器电极，形成完整的声表面波滤波器结构。
步骤2：采用光刻、刻蚀所述外延结构的中间部分，刻蚀深度从AlN层深入帽层表面，在露出的帽层两侧继续刻蚀至基区表面，形成基区台面，并在露出的基区台面两侧继续刻蚀至集电区表面；
步骤3：腐蚀所述外延结构的另一侧区域，腐蚀深度从AlN层表面至P-GaN基区表面，并从该区域基区表面两侧继续腐蚀至集电区表面，形成该区域的基区台面；
步骤4：采用离子注入的方式，在所述声表面波滤波器、异质结双极型晶体管以及GaN二极管限幅器之间注入离子形成隔离器件，其注入深度从所述三个器件之间露出的集电区表面深入到GaN过渡层内；
步骤5：在所述帽层上表面和露出的基区台面两侧以及基区一侧所露出的集电区台面上制作电极形成异质结双极型晶体管器件；在二极管限幅器区域基区台面上以及其一侧的集电区台面上设置电极形成GaN PN二极管限幅器结构。
步骤6：快速退火使电极形成欧姆接触。
其中，所述声表面波滤波器电极包含Al、Mo、Ni。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种GaN声电集成器件的制作方法，声电集成器件外延结构从下至上依次包括：衬底、成核层、GaN过渡层、N-GaN集电区、P-GaN基区、N型发射区、N+-GaN帽层、期间隔离层和AlN层，其制作方法包括如下步骤：
步骤1：在外延结构的一侧，采用光刻、刻蚀、金属沉积、剥离等工艺，制作声表面波滤波器电极，形成完整的声表面波滤波器结构;
步骤2：采用光刻、刻蚀所述外延结构的中间部分，刻蚀深度从AlN层深入帽层表面，在露出的帽层两侧继续刻蚀至基区表面，形成基区台面，并在露出的基区台面两侧继续刻蚀至集电区表面；
步骤3：腐蚀所述外延结构的另一侧区域，腐蚀深度从AlN层表面至P-GaN基区表面，并从该区域基区表面两侧继续腐蚀至集电区表面，形成该区域的基区台面；
步骤4：采用离子注入的方式，在所述声表面波滤波器、异质结双极型晶体管以及GaN二极管限幅器之间注入离子形成隔离器件，其注入深度从所述三个器件之间露出的集电区表面深入到GaN过渡层内；
步骤5：在所述帽层上表面和露出的基区台面两侧以及基区一侧所露出的集电区台面上制作电极形成异质结双极型晶体管器件；在二极管限幅器区域基区台面上以及其一侧的集电区台面上设置电极形成GaN PN二极管限幅器结构;
步骤6：快速退火使电极形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的GaN声电集成器件的制作方法，其特征在于：所述SAW电极包含Al、Mo、Ni。
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