CN109216332B - 一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，包括：制备GaN基微波功率器件，测试得到GaN基微波功率器件的输入阻抗；制备肖特基二极管，测试得到肖特基二极管的输出阻抗；将肖特基二极管的输出阻抗与GaN基微波功率器件的输入阻抗共轭匹配；将GaN基微波功率器件与肖特基二极管通过键合互连。本发明实施例，减小了器件空间面积，可以提升线性度补偿并增强可调性，在高频和宽带环境下都可以发挥最佳效应，进一步提高器件集成度和工作速度。
Description
技术领域
本发明属于射频技术领域，具体涉及一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法。
背景技术
GaN材料可以形成AlGaN/GaN异质结构，这种异质结构不仅在室温下能获得很高的电子迁移率，以及极高的峰值电子速度和饱和电子速度，而且可以获得比第二代化合物半导体异质结更高的二维电子气浓度。这些优势使得AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在微波毫米波频段的大功率、高效率、宽带宽、低噪声性能方面显著超过了GaAs基HEMT和INP基HEMT。
毫米波一般是指频率为30GHz～300GHz的电磁波，毫米波的频带宽可以满足大容量通信、高速数据传输等业务需求；波长短，有利于实现设备或系统的小型化和轻量化；穿透性强，能成为地球电磁波频谱的宇宙窗口。所以在雷达、通信、导航、探测和电子对抗等领域毫米波都占据了重要地位。
毫米波放大器作为整个毫米波通信系统的核心模块，其相关性能严格限制着通信系统的性能和通信质量。放大器更强的功率输出性能可以保证该系统的抗干扰能力更强、覆盖范围更广，而毫米波放大器的线性度则对通信质量有着直接的影响。随着现代模拟与数字通信的发展，越来越复杂的调制方式被广泛提出和采用(如正交振幅调制以及正交频分复用)，采用这些复杂的调制技术在有效提高频谱利用率的同时也会造成更高的峰均比(Peak-to-Average Power Ratio：PAPR)，这也对放大器的线性提出了越来越高的要求。
最早出现的线性化技术是功率回退法，但是由于其改善度小，不够精确等原因，现在已经很少使用。紧随功率回退法出现的是前馈法和负反馈法，这两种方法均是由贝尔实验室提出的，经过多年的研究发展，这两种方法已经变得十分成熟，线性度改善较高，精确度也比较好，但是其特有的结构决定了其具有频率低、复杂度高、效率低等缺点。
另外目前国内外抑制信号二、三次谐波绝大多数采用的方式就是在功放后加开关滤波器。但该技术就目前而言仅在低频、窄带信号中能够有效开展，在高频和宽带环境很难发挥出最佳效应。
因此，如何解决现有线性化技术结构复杂，空间面积大，线性度补偿较低，可调性差，并使其在高频和宽带环境发挥出最佳效应的问题就显得尤为重要。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，包括：
步骤a、制备GaN基微波功率器件，测试得到所述GaN基微波功率器件的输入阻抗；
步骤b、制备肖特基二极管，测试得到所述肖特基二极管的输出阻抗；
步骤c、将所述肖特基二极管的输出阻抗与所述GaN基微波功率器件的输入阻抗共轭匹配；
步骤d、将所述GaN基微波功率器件与所述肖特基二极管通过键合互连。
在本发明的一个实施例中，步骤a包括：
步骤a1、刻蚀所述基片的台面至所述势垒层表面；
步骤a2、在刻蚀后的势垒层光刻源电极区和漏电极区，在所述源电极区和所述漏电极区蒸发欧姆金属分别形成源极和漏极；
步骤a3、在所述刻蚀后的势垒层淀积SiN钝化层，刻蚀所述SiN钝化层；
步骤a4、在所述SiN钝化层上添加BN薄膜，形成复合介质层；
步骤a5、在所述复合介质层光刻栅电极区，刻蚀去除所述复合介质层，形成槽栅，在所述槽栅蒸发肖特基金属形成栅极层；
步骤a6、在所述源极、所述漏极、所述栅极层上淀积SiN保护层；
步骤a7、在所述SiN保护层光刻金属互联层开孔区，依次刻蚀去除所述金属互联层开孔区的复合介质层和SiN保护层，进行互联金属蒸发，形成互联电极，制备形成所述GaN基微波功率器件；
步骤a8、对所述GaN基微波功率器件进行源牵引，测试得到所述器件的源阻抗，得到所述GaN基微波功率器件的输入阻抗。
在本发明的一个实施例中，步骤b包括：
步骤b1、在第二衬底层外延生长N+GaN层；
步骤b2、在所述N+GaN层外延生长N-GaN层；
步骤b3、刻蚀所述N+GaN层和所述N-GaN层；
步骤b4、光刻所述N-GaN层，在所述N-GaN层蒸发肖特基金属形成肖特基接触，制作完成肖特基电极；
步骤b5、刻蚀所述衬底层和所述N+GaN层，形成刻蚀孔；
步骤b6、光刻所述刻蚀孔，在所述刻蚀孔蒸发欧姆金属形成欧姆接触，制作完成阴极，得到所述肖特基二极管。
在本发明的一个实施例中，步骤d包括：
步骤d1、预处理所述GaN基微波功率器件；
步骤d2、在所述GaN基微波功率器件表面涂抹键合材料，形成键合层；
步骤d3、对涂抹键合材料的所述GaN基微波功率器件进行曝光和显影，形成键合图形；
步骤d4、刻蚀去除所述GaN基微波功率器件表面的键合材料残留物；
步骤d5、激活所述GaN基微波功率器件表面；
步骤d6、键合所述GaN基微波功率器件与所述肖特基二极管，得到所述基于肖特基二极管的毫米波线性化方法。
在本发明的一个实施例中，所述SiN钝化层生长厚度为100nm～200nm，刻蚀厚度为90nm～190nm。
在本发明的一个实施例中，所述复合介质层厚度为20nm～50nm。
在本发明的一个实施例中，所述槽栅的栅长0.1μm～0.2μm，栅宽100μm～1mm。
在本发明的一个实施例中，所述源牵引，频率为80GHz～90GHz，漏压偏置为30V。
在本发明的一个实施例中，所述N+GaN层，厚度为10μm～40μm，掺杂浓度为1018～1019cm-3；所述N-GaN层厚度为20μm～90μm，掺杂浓度为1014～1017cm-3。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)、本发明的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，可以提升线性度补偿并增强可调性，在高频和宽带环境下都可以发挥最佳效应，对于毫米波氮化镓基功放非线性失真改善显著；
(2)、本发明的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，采用垂直结构的肖特基二极管与氮化镓功放器件键合形成立体集成电路，减小了空间面积，进一步提高集成度和工作速度；
(3)、本发明的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，对肖特基二极管进行阻抗变换以使得与氮化镓功放输入阻抗共轭匹配，可使得负载以最大功率传输。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的低频率损耗GaN基微波功率器件的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的肖特基二极管的立体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的将肖特基二极管与GaN基微波功率器件进行键合后的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法的流程示意图。该制备方法具体包括以下步骤：
步骤a、制备GaN基微波功率器件，测试得到所述GaN基微波功率器件的输入阻抗；
步骤b、制备肖特基二极管，测试得到所述肖特基二极管的输出阻抗；
步骤c、将所述肖特基二极管的输出阻抗与所述GaN基微波功率器件的输入阻抗共轭匹配；
步骤d、将所述GaN基微波功率器件与所述肖特基二极管通过键合互连。
进一步，请参见图2，图2为本发明实施例提供的低频率损耗GaN基微波功率器件的立体结构示意图。所述低频率损耗GaN基微波功率器件的制备方法具体包括以下步骤：
步骤a1、刻蚀所述基片的台面至所述势垒层表面；
步骤a2、在刻蚀后的势垒层光刻源电极区和漏电极区，在所述源电极区和所述漏电极区蒸发欧姆金属分别形成源极和漏极，包括：
步骤a21、在势垒层上光刻源电极区域和漏电极区域：
步骤a211、将完成台面刻蚀的样片放在200℃的热板上烘烤5min；
步骤a212、在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200℃的热板上烘5min；
步骤a213、在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90℃热板上烘1min；
步骤a214、将样片放入光刻机中对源电极区域和漏电极区域的光刻胶进行曝光；
步骤a215、将完成曝光的样片放入显影液中移除源电极区域和漏电极区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
步骤a22、打底膜：
将完成源电极区域和漏电极区域光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min，该步骤大大提高了剥离的成品率；
步骤a23、蒸发源漏电极金属：
将完成等离子去胶的样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，再在源电极区域和漏电极区域内的势垒层上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发欧姆金属，该欧姆金属是由下向上依次由Ti、Al、Ni和Au四层金属组成的金属堆栈结构；
步骤a24、剥离金属及退火：
步骤a241、将完成源漏金属蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；
步骤a242、将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
步骤a243、将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；
步骤a244、用超纯水冲洗样片并用氮气吹干；
步骤a245、将样片放入快速退火炉中，向退火炉中通入10min氮气，再在氮气气氛中将退火炉温度设为830℃，进行30s的高温退火，以使源电极和漏电极区域上欧姆金属下沉至GaN缓冲层，从而形成欧姆金属与异质结沟道之间的欧姆接触，形成源电极和漏电极；
步骤a3、在所述刻蚀后的势垒层淀积SiN钝化层，刻蚀所述SiN钝化层：
步骤a31、对完成源漏欧姆接触的样品进行表面清洗：
步骤a311、将样品放入丙酮溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0；
步骤a312、将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
步骤a313、将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0；
步骤a314、用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；
步骤a32、在势垒层上，利用等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺生长厚度为200nm的SiN钝化层，其生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为Si源和N源，优化的流量比为SiH4：NH3＝2：1，沉积温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W，反应时间为25min；
步骤a33、在SiN钝化层上光刻刻蚀区域：
步骤a331、将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
步骤a332、进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
步骤a333、将样品放入光刻机中对刻蚀区域内的光刻胶进行曝光；
步骤a334、将完成曝光后的样品放入显影液中以移除刻蚀区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
步骤a34、利用感应耦合等离子体ICP刻蚀工艺刻蚀SiN钝化层：
其刻蚀的条件为：反应气体为CF4和O2，CF4流量25sccm，O2流量5sccm，反应腔室压力为5mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，刻蚀的深度为190nm；
步骤a4、在所述SiN钝化层上添加BN(氮化硼)薄膜，形成复合介质层；
步骤a5、在所述复合介质层光刻栅电极区，刻蚀去除所述复合介质层，形成槽栅，在所述槽栅蒸发肖特基金属形成栅极层；
步骤a6、在所述源极、所述漏极、所述栅极层上淀积SiN保护层；
步骤a7、在所述SiN保护层光刻金属互联层开孔区，依次刻蚀去除所述金属互联层开孔区的复合介质层和SiN保护层，进行互联金属蒸发，形成互联电极，制备形成所述GaN基微波功率器件，包括：
步骤a71、在SiN保护层上光刻金属互联层开孔区：
步骤a711、将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
步骤a712、进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
步骤a713、将样品放入光刻机中，通过互联开孔版图对金属互联层开孔区域内的光刻胶进行曝光；
步骤a714、将完成曝光后的样品放入显影液中以移除互联开孔区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
步骤a72、利用ICP刻蚀工艺在反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W的条件下，先移除互联开孔区域内的200nm厚的SiN保护层，再刻蚀掉60nm厚的SiN钝化层；
步骤a73、在金属互连区域内的电极和SiN保护层以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发互连金属：
步骤a731、将有金属互连光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min；
步骤a732、将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr；
步骤a733、在金属互连区域内的电极和SiN保护层以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发互联金属，形成互联电极，该互联金属是由下向上依次由Ti和Au两层金属组成的金属堆栈结构；
步骤a734、对完成互联金属蒸发的样品进行剥离，以移除金属互联层区域外的互联金属、光刻胶和剥离胶；
步骤a735、用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；
步骤a8、对所述GaN基微波功率器件进行源牵引，测试得到所述器件的源阻抗，得到所述GaN基微波功率器件的输入阻抗，包括：
步骤a81、在使用系统前，进行系统校准：
利用矢量网络分析仪进行IN-Situ系统校准，同时保证输入端和输出端的测试参考面在被测器件处；
步骤a82、利用负载牵引系统对制得器件进行源牵引：
对制得栅长0.6μm、栅宽100μm的器件在频率为80GHz，漏压偏置30V进行源牵引，测得源阻抗为Zs＝r0+jxΩ，即可知测得器件输入阻抗Zl＝r0-jxΩ；
根据已测得AlGaN/GaN HEMT器件的输入阻抗，由两者阻抗共轭匹配可知肖特基二极管的输出阻抗为Zd＝r1+jxΩ，而肖特基二极管的结电容为：
依照本实施例的工艺流程制备的所述低频率损耗GaN基微波功率器件包括：
第一衬底1、成核层2、缓冲层3、势垒层4、源极5、漏极6、SiN钝化层7、复合介质层8、栅极9、SiN保护层10、互联电极11。
进一步，请参见图3，图3为本发明实施例提供的肖特基二极管的立体结构示意图。所述肖特基二极管的制备方法具体包括以下步骤：
步骤b1、在所述第二衬底层外延生长N+GaN层；
步骤b2、在所述N+GaN层外延生长N-GaN层；
步骤b3、刻蚀所述N+GaN层和所述N-GaN层；
步骤b4、光刻所述N-GaN层，在所述N-GaN层蒸发肖特基金属形成肖特基接触，制作完成肖特基电极；
步骤b5、刻蚀所述第二衬底层和所述N+GaN层，形成刻蚀孔；
步骤b6、光刻所述刻蚀孔，在所述刻蚀孔蒸发欧姆金属形成欧姆接触，制作完成阴极，得到所述肖特基二极管，包括：
步骤b61、在刻蚀孔内的N+GaN层上光刻阴极区域：
步骤b611、将样片放在200℃的热板上烘烤5min；
步骤b612、在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200℃的热板上烘5min；
步骤b613、在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90℃热板上烘1min；
步骤b614、将样片放入光刻机中对阴极区域的光刻胶进行曝光；
步骤b615、将完成曝光的样片放入显影液中移除阴极区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
步骤b62、打底膜：
将完成阴极区域光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min，该步骤大大提高了剥离的成品率；
步骤b63、蒸发欧姆金属：
将完成等离子去胶的样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，再在刻蚀孔内的阴极区域上蒸发欧姆金属形成欧姆接触，制作完成阴极，该欧姆金属是由下向上依次由Ti、Al、Ni和Au四层金属组成的金属堆栈结构；
步骤b64、剥离金属及退火：
步骤b641、将完成阴极金属蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；
步骤b642、将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
步骤b643、将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；
步骤b644、用超纯水冲洗样片并用氮气吹干；
步骤b645、将样片放入快速退火炉中，向退火炉中通入10min氮气，再在氮气气氛中将退火炉温度设为830℃，进行30s的高温退火，以使阴极区域上的欧姆金属下沉，从而形成欧姆金属与N+GaN层的欧姆接触，完成阴极制作，得到所述肖特基二极管。
依照本实施例的工艺流程制备的所述肖特基二极管包括：
刻蚀孔12、阴极13、第二衬底14、N+GaN层15、N-GaN层16、肖特基电极17。
其中，步骤d包括：
步骤d1、预处理所述GaN基微波功率器件；
步骤d2、在所述GaN基微波功率器件表面涂抹键合材料，形成键合层；
步骤d3、对涂抹键合材料的所述GaN基微波功率器件进行曝光和显影，形成键合图形；
步骤d4、刻蚀去除所述GaN基微波功率器件表面的键合材料残留物；
步骤d5、激活所述GaN基微波功率器件表面；
步骤d6、键合所述GaN基微波功率器件与所述肖特基二极管，得到所述基于肖特基二极管的毫米波线性化方法。
另外，所述SiN钝化层生长厚度为100nm～200nm，刻蚀厚度为90nm～190nm。
另外，所述复合介质层厚度为20nm～50nm。
另外，所述槽栅的栅长0.1μm～0.2μm，栅宽100μm～1mm。
另外，所述源牵引，频率为80GHz～90GHz，漏压偏置为30V。
进一步，所述N+GaN层，厚度为10μm～40μm，掺杂浓度为1018～1019cm-3；所述N-GaN层厚度为20μm～90μm，掺杂浓度为1014～1017cm-3。
实施例二
请参见图4，图4为本发明实施例提供的将肖特基二极管与GaN基微波功率器件进行键合后的立体结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上，重点对本发明的一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法进行详细描述。具体地，该方法可以包括：
低频率损耗GaN基微波功率器件采用SiC衬底、栅宽100μm、栅长0.1μm的AlGaN/GaNHEMT，垂直结构肖特基二极管采用W作为肖特基金属。
本器件是在购买的已含有衬底、成核层、缓冲层、势垒层的外延基片样品上进行制作。
步骤1，对外延基片样品进行清洗。
首先将样品放置在丙酮中超声2分钟，然后在60℃水浴加热的正胶剥离液中煮10分钟，随后将样品依次放入丙酮和乙醇中各超声3分钟，以去离子水清洗掉残留的丙酮、乙醇；最后，用HF溶液清洗圆片30秒，再用去离子水清洗干净并用超纯氮气吹干。
步骤2，采用ICP设备，刻蚀台面至势垒层，实现有源区域隔离。
2a)在势垒层上光刻电隔离区域：
首先，将生长有势垒层的样片放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，利用甩胶机对样片甩光刻胶，甩胶机转速为3500rpm，完成甩胶后在90℃的热板上烘1min，再将样片放入光刻机中对电隔离区域内的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光后的样片放入显影液中以移除电隔离区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
2b)在势垒层上刻蚀电隔离区域：
对完成光刻的样片，采用ICP工艺干法刻蚀势垒层，实现有源区的台面隔离，刻蚀采用的气体为Cl2/BCl3，压力为5mTorr，上电极功率为100w，下电极功率为10w，刻蚀时间为40s；
2c)去除刻蚀后的掩膜：
将完成有源区隔离的样片依次放入丙酮溶液、剥离液、丙酮溶液和乙醇溶液中进行清洗，以去除电隔离区域外的光刻胶，然后用去离子水清洗并用氮气吹干。
步骤3，在台面刻蚀后的势垒层上涂抹光刻胶并光刻出源电极和漏电极图形，采用电子束蒸发工艺，在源电极和漏电极图形区蒸发欧姆接触金属。
3a)在势垒层上光刻源电极区域和漏电极区域：
首先，将完成台面刻蚀的样片放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200℃的热板上烘5min；
接着，在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90℃热板上烘1min；
之后，将样片放入光刻机中对源电极区域和漏电极区域的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光的样片放入显影液中移除源电极区域和漏电极区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
3b)打底膜：
将完成源电极区域和漏电极区域光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min，该步骤大大提高了剥离的成品率；
3c)蒸发源漏电极金属：
将完成等离子去胶的样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，再在源电极区域和漏电极区域内的势垒层上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发欧姆金属，该欧姆金属是由下向上依次由Ti、Al、Ni和Au四层金属组成的金属堆栈结构；
3d)剥离金属及退火：
首先，将完成源漏金属蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；
然后，将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
之后，将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；
接着，用超纯水冲洗样片并用氮气吹干。
最后，将样片放入快速退火炉中，向退火炉中通入10min氮气，再在氮气气氛中将退火炉温度设为830℃，进行30s的高温退火，以使源电极和漏电极区域上欧姆金属下沉至GaN缓冲层，从而形成欧姆金属与异质结沟道之间的欧姆接触，形成源电极和漏电极。
步骤4，在势垒层上利用PECVD工艺淀积SiN薄膜，形成SiN钝化层。
4a)对完成源漏欧姆接触的样品进行表面清洗：
首先，将样品放入丙酮溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0；
然后，将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0；
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；
4b)在势垒层上，利用等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺生长厚度为200nm的SiN钝化层，其生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为Si源和N源，优化的流量比为SiH4：NH3＝2：1，沉积温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W。反应时间为25min。
步骤5，利用ICP设备，刻蚀SiN钝化层，对其进行减薄。
5a)在SiN钝化层上光刻减薄区域：
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
接着，将样品放入光刻机中对减薄区域内的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除减薄区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
5b)利用感应耦合等离子体ICP刻蚀工艺将SiN钝化层减薄：
其刻蚀的条件为：反应气体为CF4和O2，CF4流量25sccm，O2流量5sccm，反应腔室压力为5mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，刻蚀的深度为190nm。
步骤6，在铜箔上生长BN薄膜，并将BN薄膜转移至SiN表面，产生复合钝化层。
6a)采用LPCVD法在铜箔上生长BN薄膜：
首先，将前驱物硼烷氨NH3-BH3放置在玻璃管中，铜箔置于管式炉内的石英管中；
然后，打开机械泵和温控阀门，管式炉从室温升温至1000℃，升温速率为50℃/min；
接着，加热水浴至60℃，打开气体阀门；
最后，在气体阀门开启后由H2载入石英管中，H2流量为0.05L/min，在铜基底上沉积厚度为50nm的BN薄膜；
6b)旋涂苯甲醚溶液PMMA：
将表面生长有BN薄膜的铜箔放置在旋涂机上以转速1000r/min的转速旋转40s，然后将PMMA苯甲醚溶液旋涂在铜箔表面，形成PMMA/BN/Cu结构；
6c)去除铜箔：
将旋涂好PMMA的铜箔在温度170℃下干燥3min，放入FeCl3溶液中静置2小时去除铜，得到PMMA/BN结构的透明薄膜；
6d)漂洗、贴片：
将去除铜箔后的PMMA/BN透明薄膜用去离子水反复漂洗，转移至SiN表面进行贴片；
6e)热板加热：
将完成贴片的薄膜放置于热板上，在温度80℃下加热2min，然后升温至120℃保持2min，再升温至160℃保持4min；
6f)清洗SiN/BN薄膜：
将薄膜放入丙酮溶液中，超声清洗10min，最终再用异丙醇清洗，得到转移至SiN表面的BN薄膜。
步骤7，在复合钝化层涂抹光刻胶并光刻出栅电极图形，利用ICP设备干法刻蚀去除栅下方的钝化层，产生槽栅。
7a)在复合钝化层上光刻栅电极区域：
首先，将完成凹槽刻蚀的样片放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200℃的热板上烘5min；
接着，在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90℃热板上烘1min；
之后，将样片放入光刻机中对栅电极区域的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光的样片放入显影液中移除栅电极区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
7b)打底膜：
将完成栅电极光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min；
7c)利用ICP设备在反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W的干法刻蚀条件下去除栅下方的钝化层至势垒层，形成深度为60nm的槽栅。
步骤8，采用电子束蒸发工艺，在槽栅内蒸发栅电极金属层，去除光刻胶，完成栅极的制作。
8a)蒸发栅电极金属：
将完成槽栅开孔的样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，再在槽栅区域和栅电极区域以外的光刻胶上蒸发栅金属，该栅金属是由下向上依次由Ni、Au和Ni三层金属组成的金属堆栈结构；
8b)剥离金属：
将完成栅电极蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；然后将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；接着，将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；最后，用超纯水冲洗样片并用氮气吹干，完成栅极的制作。
步骤9，利用PECVD在源漏电极、栅电极表面淀积200nm的SiN保护层。
9a)对完成栅电极制作的样品进行表面清洗：
首先，将样品放入丙酮溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0；
然后，将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0；
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；
9b)利用PECVD工艺生长厚度为200nm的SiN保护层，淀积保护层采用的工艺条件为：气体为2％SiH4/N2、NH3、N2和He，气体流量分别为200sccm，2sccm，0sccm，200sccm。压强为600mTorr，温度为250℃，功率为22W。
步骤10，在SiN保护层上光刻金属互联层开孔区，并利用ICP工艺依次刻蚀掉互联开孔区的SiN保护层和介质层，并利用电子束蒸发工艺进行互联金属蒸发，完成器件制作。
10a)在SiN保护层上光刻金属互联层开孔区：
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
接着，将样品放入光刻机中，通过互联开孔版图对金属互联层开孔区域内的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除互联开孔区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
10b)利用ICP刻蚀工艺在反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W的条件下，先移除互联开孔区域内的200nm厚的SiN保护层，再刻蚀掉60nm厚的SiN钝化层。
10c)在金属互连区域内的电极和SiN保护层以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发金属互连：
首先，将有金属互连光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min；
然后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr；
之后，在互连金属区域内的电极和SiN保护层以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发互联金属，该互联金属是由下向上依次由Ti和Au两层金属组成的金属堆栈结构；
接着，对完成互联金属蒸发的样品进行剥离，以移除金属互联层区域外的互联金属、光刻胶和剥离胶；
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
步骤11，利用负载牵引系统对制得器件进行源牵引，测得器件的源阻抗，从而得知器件的输入阻抗。
11a)在使用系统前，进行系统校准。
首先是利用矢量网络分析仪进行IN-Situ系统校准，同时保证输入端和输出端的测试参考面在被测器件处。
11b)利用负载牵引系统对制得器件进行源牵引
对制得栅长0.6μm、栅宽100μm的器件在频率为80GHz，漏压偏置30V进行源牵引，测得源阻抗为Zs＝r0+jxΩ，即可知测得器件输入阻抗为Zl＝r0-jxΩ。
根据已测得AlGaN/GaN HEMT器件的输入阻抗，由两者阻抗共轭匹配可知肖特基二极管的输出阻抗为Zd＝r1+jxΩ，而肖特基二极管的结电容为
故可给出肖特基二极管的制备工艺：
步骤一，在SiC衬底上利用MOCVD外延高浓度掺杂的N+GaN层，掺杂浓度为1017cm-3；
步骤二，在N+GaN层外延N-型GaN层，掺杂浓度为1015cm-3；
步骤三，对衬底光刻出阴极凹槽区，并刻蚀衬底至N+GaN层，形成阴极刻蚀孔：
在衬底上光刻阴极凹槽区域。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
接着，将样品放入光刻机中，通过阴极凹槽版图对凹槽区域的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除阴极凹槽区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
利用ICP刻蚀工艺移除凹槽区域内的SiC衬底，刻蚀至N+GaN层；
步骤四，在阴极刻蚀孔上蒸发欧姆金属堆栈层，堆栈层依次是Ti/Al/Ni/Au，并剥离、快速退火，形成欧姆接触，完成肖特基二极管阴极制作：
在刻蚀孔内的N+GaN层上光刻阴极区域：
首先，将样片放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200℃的热板上烘5min；
接着，在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90℃热板上烘1min；
之后，将样片放入光刻机中对阴极区域的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光的样片放入显影液中移除阴极区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
打底膜：
将完成阴极区域光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min，该步骤大大提高了剥离的成品率；
蒸发欧姆金属：
将完成等离子去胶的样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，再在刻蚀孔内的阴极区域上蒸发欧姆金属，该欧姆金属是由下向上依次由Ti、Al、Ni和Au四层金属组成的金属堆栈结构；
剥离金属及退火：
首先，将完成阴极金属蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；
然后，将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；
之后，将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；
接着，用超纯水冲洗样片并用氮气吹干；
最后，将样片放入快速退火炉中，向退火炉中通入10min氮气，再在氮气气氛中将退火炉温度设为830℃，进行30s的高温退火，以使阴极区域上的欧姆金属下沉，从而形成欧姆金属与N+GaN层的欧姆接触，完成阴极制作。
步骤五，对圆片正面GaN外延层台面刻蚀，实现外延生长的GaN层电隔离：
在N-型GaN层上光刻电隔离区域：
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500rpm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
接着，将样品放入光刻机中，通过台面隔离版图对电隔离区域内的光刻胶进行曝光；
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除电隔离区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
在N-型GaN层上刻蚀电隔离区域：
首先，利用ICP工艺依次刻蚀电隔离区域的N-型GaN层和N+GaN层，以实现有源区的台面隔离；
然后，将样品依次放入丙酮溶液、剥离液、丙酮溶液和乙醇溶液中进行清洗，以移除电隔离区域外的光刻胶；
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
步骤六，在N-GaN层上光刻肖特基接触区域，并蒸镀金属W，完成肖特基接触。
在N-GaN层上光刻肖特基接触区域：
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min；
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；
接着，将样品放入光刻机中，通过已制定版图光刻定义肖特基接触区域，肖特基结面积为1×10-4cm2，对N-GaN层上的光刻胶进行曝光，；
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除肖特基接触区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
蒸镀肖特基金属W：
将完成光刻的样品放入磁控溅射PVD中，待真空度达到之后，开始镀膜，镀膜金属为W；
剥离金属：
将完成镀膜后的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；然后将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；接着，将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；最后，用超纯水冲洗样片并用氮气吹干，完成肖特基接触。
步骤七，由上述肖特基二极管结电容计算公式可算出该二极管输出虚部阻抗，再利用微带线将肖特基二极管由容性阻抗变为感性阻抗，其中微带线阻抗为
以实现与AlGaN/GaN HEMT器件输入阻抗共轭匹配，完成功放前级预失真模块的制作。
将预失真模块与功放模块通过BCB键合工艺，实现两圆片间的组装。具体工艺如下：
步骤A，将HEMT器件表面处理，通过AP3000处理液和烘烤，增强粘附性；
步骤B，在HEMT器件表面旋涂BCB材料，按照相应的膜厚设置曝光和显影条件，对旋涂有BCB材料的HEMT器件进行曝光，光刻版图有键合对准标记，显影后形成键合图形，并将圆片放置热板上后烘；
步骤C，清除残胶工艺，BCB表面残留物对键合影响很大，使用等离子体刻蚀去除，使表面平整光洁；
步骤D，通过表面处理技术对键合层薄膜的工艺处理和表面激活；
步骤E，圆片对准，通过光刻机套刻技术，夹具中间放置隔离片，以控制芯片内部气氛，在下一步预键合后，撤出隔离片；
步骤F，进行键合，保证对圆片间产生最小化内应力，键合程序分有升温、恒温、再升温、固化、编程降温5阶段，同时还要控制工艺腔体内部压力，控制腔体内部氛围，完成键合工艺，至此完成整个氮化镓基预失真立体集成模块的制作。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，包括：
步骤a、制备GaN基微波功率器件，测试得到所述GaN基微波功率器件的输入阻抗；
步骤b、制备肖特基二极管，测试得到所述肖特基二极管的输出阻抗；
步骤c、通过微带线将所述肖特基二极管由容性阻抗变为感性阻抗，以实现所述肖特基二极管的输出阻抗与所述GaN基微波功率器件的输入阻抗共轭匹配；
步骤d、将所述GaN基微波功率器件与所述肖特基二极管通过键合互连。
2.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，应用于基片，所述基片包括第一衬底层、成核层、缓冲层和势垒层，其中，所述步骤a包括：
步骤a1、刻蚀所述基片的台面至所述势垒层表面；
步骤a2、在刻蚀后的势垒层光刻源电极区和漏电极区，在所述源电极区和所述漏电极区蒸发欧姆金属分别形成源极和漏极；
步骤a3、在所述刻蚀后的势垒层淀积SiN钝化层，刻蚀所述SiN钝化层；
步骤a4、在所述SiN钝化层上添加BN薄膜，形成复合介质层；
步骤a5、在所述复合介质层光刻栅电极区，刻蚀去除所述复合介质层，形成槽栅，在所述槽栅蒸发肖特基金属形成栅极层；
步骤a6、在所述源极、所述漏极、所述栅极层上淀积SiN保护层；
步骤a7、在所述SiN保护层光刻金属互联层开孔区，依次刻蚀去除所述金属互联层开孔区的复合介质层和SiN保护层，进行互联金属蒸发，形成互联电极，制备形成所述GaN基微波功率器件；
步骤a8、对所述GaN基微波功率器件进行源牵引，测试得到所述器件的源阻抗，得到所述GaN基微波功率器件的输入阻抗。
3.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，步骤b包括：
步骤b1、在第二衬底层外延生长N+GaN层；
步骤b2、在所述N+GaN层外延生长N-GaN层；
步骤b3、刻蚀所述N+GaN层和所述N-GaN层；
步骤b4、光刻所述N-GaN层，在所述N-GaN层蒸发肖特基金属形成肖特基接触，制作完成肖特基电极；
步骤b5、刻蚀所述衬底层和所述N+GaN层，形成刻蚀孔；
步骤b6、在所述刻蚀孔内的所述N+GaN层上光刻阴极区域，在所述刻蚀孔蒸发欧姆金属形成欧姆接触，制作完成阴极，得到所述肖特基二极管。
4.根据权利要求1所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，步骤d包括：
步骤d1、预处理所述GaN基微波功率器件；
步骤d2、在所述GaN基微波功率器件表面涂抹键合材料，形成键合层；
步骤d3、对涂抹键合材料的所述GaN基微波功率器件进行曝光和显影，形成键合图形；
步骤d4、刻蚀去除所述GaN基微波功率器件表面的键合材料残留物；
步骤d5、激活所述GaN基微波功率器件表面；
步骤d6、键合所述GaN基微波功率器件与所述肖特基二极管，得到所述基于肖特基二极管的毫米波线性化方法。
5.根据权利要求2所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，所述SiN钝化层生长厚度为100nm～200nm，刻蚀厚度为90nm～190nm。
6.根据权利要求2所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，所述复合介质层厚度为20nm～50nm。
7.根据权利要求2所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，所述槽栅的栅长0.1μm～0.2μm，栅宽100μm～1mm。
8.根据权利要求2所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，所述源牵引，频率为80GHz～90GHz，漏压偏置为30V。
9.根据权利要求3所述的基于肖特基二极管的毫米波线性化方法，其特征在于，所述N+GaN层，厚度为10μm～40μm，掺杂浓度为1018～1019cm-3；所述N-GaN层厚度为20μm～90μm，掺杂浓度为1014～1017cm-3。
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