CN111834344B - 低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法，该硅基氮化镓微波毫米波传输线包括硅衬底；三族氮化物外延层，设置在硅衬底的上表面；高频信号金属电极，设置在三族氮化物外延层的上表面；接地金属电极，设置在高频信号金属电极的两侧和/或硅衬底的下表面，其中，在硅衬底与三族氮化物外延层之间包括内部空腔，内部空腔的至少一部分开设在硅衬底中。该硅基氮化镓微波毫米波传输线能够有效减小硅基氮化镓材料的电磁损耗，提高了硅基氮化镓微波毫米波器件的输出功率和效率，满足微波毫米波射频电路和系统的应用要求。

Description

低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法。

背景技术

第三代半导体材料氮化镓具有宽禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高饱和电子漂移速度的优点，在微波毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力，可广泛应用于航空航天、雷达、5G通信等领域。氮化镓外延片有同质外延和异质外延两种，由于氮化镓同质外延成本十分高昂，目前常用的技术是异质外延。主流氮化镓异质外延常用的衬底有蓝宝石、碳化硅和硅等几种。相比其他衬底，硅衬底具有尺寸大、成本低且可以与硅CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)生产线工艺兼容的优点，硅基氮化镓有望实现低成本、高性价比的微波毫米波器件和集成电路，是目前国际研究热点之一。

目前基于硅基氮化镓的三族氮化物外延材料结构主要包括氮化铝成核层、渐变铝组分的铝镓氮过渡层或者氮化铝/氮化镓超晶格过渡层、氮化镓缓冲层、三族氮化物器件异质结结构等。在外延生长过程中，氮化铝成核层和三族氮化物过渡层中的铝原子和镓原子会向硅衬底扩散，在硅衬底表面形成p型掺杂，从而形成存在p型寄生导电沟道。另外，由于氮化铝成核层中的极化电荷的存在，在硅/氮化铝界面感应出n型反型导电沟道。氮化铝成核层中的高缺陷密度也会造成较高的背景载流子浓度。这几种因素使基于硅基氮化镓微波毫米波传输线具有很高的电磁损耗，限制了硅基氮化镓传输线的性能。因此，为了提高硅基氮化镓微波毫米波传输线的性能，以满足硅基氮化镓器件在下一代航空航天、雷达、5G通信等领域的应用需求，抑制硅基氮化镓微波毫米波传输线的电磁损耗很有必要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，包括：硅衬底；

三族氮化物外延层，设置在所述硅衬底的上表面；

高频信号金属电极，设置在所述三族氮化物外延层的上表面；

接地金属电极，设置在所述高频信号金属电极的两侧和/或所述硅衬底的下表面，其中，

在所述硅衬底与所述三族氮化物外延层之间包括内部空腔，所述内部空腔的至少一部分开设在所述硅衬底中。

在本发明的一个实施例中，所述内部空腔包括衬底空腔，所述衬底空腔的下表面位于所述硅衬底内部，上表面与所述三族氮化物外延层的下表面接触。

在本发明的一个实施例中，所述三族氮化物外延层自下而上依次包括成核层、过渡层和缓冲层，其中，所述成核层的材料为氮化铝，所述过渡层的材料为氮化铝/氮化镓的周期性结构，所述缓冲层的材料为氮化镓。

在本发明的一个实施例中，所述内部空腔还包括与所述衬底空腔连通的外延层空腔，其中，所述外延层空腔的下表面与所述衬底空腔连通，所述外延层空腔的上表面穿过所述成核层和所述过渡层而与所述缓冲层的下表面接触。

在本发明的一个实施例中，所述内部空腔的高度为10nm-20μm。

本发明的另一方面提供了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法，用于制备上述实施例中任一项所述的硅基氮化镓微波毫米波传输线，所述制备方法包括：

步骤1：选取硅衬底；

步骤2：在所述硅衬底的上表面制备三族氮化物外延层；

步骤3：在所述硅衬底与所述三族氮化物外延层的接触表面刻蚀内部空腔；

步骤4：在所述三族氮化物外延层的上表面制备高频信号金属电极；

步骤5：在所述高频信号金属电极的两侧和/或所述硅衬底的下表面制备接地金属电极。

在本发明的一个实施例中，所述步骤2包括：

步骤21：利用MOCVD设备在所述硅衬底的上表面制备厚度为50nm-500nm的成核层；

步骤22：利用MOCVD设备在所述成核层的上表面制备过渡层，所述过渡层为氮化铝/氮化镓的周期性结构，每层氮化铝和每层氮化镓的厚度均为2nm，所述过渡层的总厚度为1μm；

步骤23：利用MOCVD设备在所述过渡层的上表面上制备厚度为1μm的缓冲层。

在本发明的一个实施例中，所述步骤3包括：

步骤31：在所述缓冲层的上表面制备刻蚀掩膜层，材料为二氧化硅；

步骤32：采用光刻技术，在所述刻蚀掩膜层上刻蚀多个连通所述缓冲层的小孔；

步骤33：通过所述小孔，对所述缓冲层、所述过渡层和所述成核层进行刻蚀，形成与所述硅衬底的上表面连通的外延层通孔；

步骤34：利用所述外延层通孔，对所述硅衬底与所述三族氮化物外延层的接触区域进行腐蚀，形成所述内部空腔。

在本发明的一个实施例中，所述步骤34包括：

向所述外延层通孔中浇灌仅腐蚀所述硅衬底的第一腐蚀液，控制腐蚀时间，使得在所述硅衬底的上表面形成衬底空腔。

在本发明的一个实施例中，所述步骤34还包括：

向所述外延层通孔中浇灌仅能够腐蚀所述成核层和所述过渡层的第二腐蚀液，以形成外延层空腔，并且所述外延层空腔的下表面与所述衬底空腔连通，所述外延层空腔的上表面穿过所述成核层和所述过渡层而与所述缓冲层的下表面接触。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的硅基氮化镓微波毫米波传输线通过在硅衬底与三族氮化物外延层之间形成内部空腔，能够有效减小硅基氮化镓材料的电磁损耗，提高了硅基氮化镓微波毫米波器件的输出功率和效率，满足微波毫米波射频电路和系统的应用要求。

2、本发明的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法简单，且能够与现有工艺兼容。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施提供的一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的结构示意图；

图2是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的结构示意图；

图3是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的结构示意图；

图4是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的结构示意图；

图5是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的结构示意图；

图6是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的结构示意图；

图7a-7i是本发明实施提供的一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法示意图；

图8a-8b是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法示意图；

图9是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法示意图；

图10a-10b是本发明实施提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法示意图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

当包括氮化镓在内的三族氮化物材料在硅衬底上进行外延生长时，铝原子和镓原子会扩散进入硅衬底，形成p型掺杂寄生导电沟道。另外，由于三族氮化物中的极化电荷的存在，在硅/氮化物界面存在n型反型导电沟道。这几种因素使基于硅基氮化镓微波毫米波传输线具有很高的电磁损耗，降低了传输线的性能。目前，抑制硅基氮化镓微波毫米波传输线电磁损耗的主要措施有：一、优化氮化铝成核层的厚度和生长条件，采用比较薄的氮化铝成核层，但是采用比较薄的氮化铝成核层会对之后三族氮化物的过渡层、氮化镓缓冲层的质量造成影响。另外，硅衬底表面的p型掺杂沟道和硅/氮化铝界面的n型反型沟道仍然存在，问题并没有解决。二、采取局部移除衬底的办法，将射频器件下面的硅衬底移除，但是局部移除硅衬底会引入比较大的热阻，影响器件的散热，另外也对射频器件的衬底通孔和背金属的制作带来困难。三、采用离子注入技术，在氮化铝/硅界面处注入相对原子质量低于5的元素离子，比如H离子，以破坏硅衬底的晶格结构，阻挡铝、镓原子向硅衬底的扩散，从而降低硅基氮化镓材料的电磁损耗，但是，离子注入的参数包括剂量、能量不容易控制，注入过量会引入额外的杂质和载流子，影响电磁损耗的抑制效果。基于上述存在的问题，为了降低硅基氮化镓微波毫米波传输线的电磁损耗，提高传输线的性能，本实施例提出了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线。

请参见图1，图1是本发明实施提供的第一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的结构示意图，该硅基氮化镓微波毫米波传输线结构包括：

硅衬底1；

三族氮化物外延层2，设置在硅衬底1的上表面；

高频信号金属电极3，设置在三族氮化物外延层2的上表面；

接地金属电极5，设置在高频信号金属电极3的两侧和/或硅衬底1的下表面，其中，

在硅衬底1与三族氮化物外延层2之间包括内部空腔4，内部空腔4的至少一部分开设在硅衬底1中。

进一步地，三族氮化物外延层2自下而上依次包括成核层21、过渡层22和缓冲层23，其中，成核层21的材料为氮化铝，过渡层22的材料为氮化铝/氮化镓的周期性结构，缓冲层23的材料为氮化镓。

优选地，硅衬底1的材料为高阻硅，电阻率为1000-20000Ωcm，晶向为(111)。

更优选地，硅衬底1的材料为高阻硅，电阻率为5000Ωcm，晶向为(111)。

优选地，三族氮化物外延层2，包括成核层21、过渡层22和缓冲层23。

更优选地，成核层21的材料为氮化铝，厚度为50nm-500nm。

更优选地，成核层21的材料为氮化铝，厚度为180nm。

优选地，过渡层22的材料为多层不同组分的铝镓氮，或者氮化铝/氮化镓超晶格层，厚度为100nm-2000nm。

更优选地，过渡层22的材料为氮化铝/氮化镓超晶格层，超晶格单元厚度为2nm/2nm，总厚度为1000nm。

优选地，缓冲层23的材料为氮化镓，厚度为100nm-3000nm。

更优选地，缓冲层23的材料为氮化镓，厚度为1000nm。

优选地，高频信号金属电极3的材料包括钛、或铝、或金、或铜，厚度为50nm-10μm。

更优选地，高频信号金属电极3的材料为钛/金，厚度为50nm/3μm。

优选地，内部空腔4的高度为10nm-20μm。

更优选地，内部空腔4的高度为2μm。

在本实施例中，接地金属电极5位于三族氮化物外延层2的上表面并设置在高频信号金属电极3的两侧，形成共面波导(CPW)传输线结构。优选地，接地金属电极5的材料包括钛、或铝、或金、或铜，厚度为50nm-10μm；更优选地，接地金属电极5的材料为钛/金，厚度为50nm/3μm。

需要说明的是，在其他的实施例中，接地金属电极5还可以具有其他的设置方式。请参见图2，接地金属电极5可以设置在硅衬底1的下表面，而三族氮化物外延层2的上表面无接地金属电极，形成微带传输线结构。请参见图3，此时接地金属电极5同时包括设置在高频信号金属电极3的两侧和硅衬底1下表面的部分，形成背地共面波导(GCPW)传输线结构。位于两个位置处的接地金属电极5可以选用相同的材料和厚度。

常规硅基氮化镓材料结构中，硅衬底1的上表面被铝、镓原子所掺杂，形成p型寄生导电沟道；同时氮化铝成核层21的极化电荷也会在硅衬底1/成核层21的界面附近感应出n型反型导电沟道，从而导致传输线表现出较为严重的电磁损耗。本实施例的硅基氮化镓微波毫米波传输线在传输线的高频信号金属电极3下面，将硅衬底1的表面部分去除形成内部空腔，从而去除了p型寄生导电沟道和n型反型沟道，抑制了电磁损耗。本实施例提出的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线结构，还具有与现有硅生产线兼容、可以规模生产、良率高和可靠性高的优点。本实施例提出的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，可应用于射频、微波、毫米波的芯片和系统等领域。

实施例二

当包括氮化镓在内的三族氮化物材料在硅衬底上进行外延生长时，除了实施例一中所述的在硅衬底表面的p型掺杂沟道和硅/氮化铝界面的n型反型沟道对硅基氮化镓传输线的电磁损耗造成影响以外，成核层和过渡层的位错、缺陷密度比较高，背景杂质浓度也比较高，也会带来一定程度的电磁损耗。在实施例一中所述的目前抑制硅基氮化镓微波毫米波传输线电磁损耗的主要措施，对消除成核层和缓冲层的电磁损耗效果不大，而且同样具有如实施例一中所述的缺点。基于上述存在的问题，为了降低硅基氮化镓微波毫米波传输线的电磁损耗，提高传输线的性能，本发明实施例提供的另一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线结构示意图。请参见图4，本实施例的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线结构包括：

硅衬底1；

三族氮化物外延层2，设置在硅衬底1的上表面；

高频信号金属电极3，设置在三族氮化物外延层2的上表面；

接地金属电极5，设置在高频信号金属电极3的两侧和/或硅衬底1的下表面，其中，

在硅衬底1与三族氮化物外延层2之间包括内部空腔4。

具体地，三族氮化物外延层2自下而上依次包括成核层21、过渡层22和缓冲层23，其中，成核层21的材料为氮化铝，过渡层22的材料为氮化铝/氮化镓的周期性结构，缓冲层23的材料为氮化镓。

内部空腔4包括衬底空腔41，衬底空腔41的下表面位于硅衬底1内部，上表面与三族氮化物外延层2的下表面接触。进一步地，内部空腔4还包括与衬底空腔41连通的外延层空腔42，其中，外延层空腔42的下表面与衬底空腔41连通，外延层空腔42的上表面穿过成核层21和过渡层22而与缓冲层23的下表面接触。

优选地，硅衬底1的材料为高阻硅，电阻率为1000-20000Ωcm，晶向为(111)。

更优选地，硅衬底1的材料为高阻硅，电阻率为5000Ωcm，晶向为(111)。

优选地，三族氮化物外延层2，包括成核层21、过渡层22和缓冲层23。

更优选地，成核层21的材料为氮化铝，厚度为50nm-500nm。

更优选地，成核层21的材料为氮化铝，厚度为180nm。

优选地，过渡层22的材料为多层不同组分的铝镓氮，或者氮化铝/氮化镓超晶格层，厚度为100nm-2000nm。

更优选地，过渡层22的材料为氮化铝/氮化镓超晶格层，超晶格单元厚度为2nm/2nm，总厚度为1000nm。

优选地，缓冲层23的材料为氮化镓，厚度为100nm-3000nm。

更优选地，缓冲层23的材料为氮化镓，厚度为1000nm。

优选地，高频信号金属电极3的材料包括钛、或铝、或金、或铜，厚度为50nm-10μm。

更优选地，高频信号金属电极3的材料为钛/金，厚度为50nm/3μm。

优选地，内部空腔4的高度为10nm-20μm；

更优选地，内部空腔4的高度为2μm。

更优选地，考虑到制作工艺的实现难易程度，以及对整个器件机械稳定性的影响，外延层空腔41的长宽尺寸与衬底空腔41的长宽尺寸相同。

需要说明的是，在其他的实施例中，接地金属电极5还可以具有其他的设置方式。请参见图5，接地金属电极5可以设置在硅衬底1的下表面，而三族氮化物外延层2的上表面无接地金属电极，形成微带传输线结构。请参见图6，此时接地金属电极5同时包括设置在高频信号金属电极3的两侧和硅衬底1下表面的部分，形成背地共面波导(GCPW)传输线结构。位于两个位置处的接地金属电极5可以选用相同的材料和厚度。

本实施例的硅基氮化镓微波毫米波传输线通过在硅衬底与三族氮化物外延层之间形成内部空腔，能够有效减小硅基氮化镓材料的电磁损耗，提高了硅基氮化镓微波毫米波器件的输出功率和效率，满足微波毫米波射频电路和系统的应用要求。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法。

所述制备方法包括：

S1：选取硅衬底；

S2：在所述硅衬底的上表面制备三族氮化物外延层；

S3：在所述硅衬底与所述三族氮化物外延层的接触表面刻蚀内部空腔；

S4：在所述三族氮化物外延层的上表面制备高频信号金属电极；

S5：在所述高频信号金属电极的两侧和/或所述硅衬底的下表面制备接地金属电极。

进一步地，所述S2包括：

S21：利用MOCVD设备在所述硅衬底的上表面制备厚度为50nm-500nm的成核层；

S22：利用MOCVD设备在所述成核层的上表面制备过渡层，所述过渡层为氮化铝/氮化镓的周期性结构，每层氮化铝和每层氮化镓的厚度均为2nm，所述过渡层的总厚度为1μm；

S23：利用MOCVD设备在所述过渡层的上表面上制备厚度为1μm的缓冲层。

进一步地，所述S3包括：

S31：在所述缓冲层的上表面制备刻蚀掩膜层，材料为二氧化硅；

S32：采用光刻技术，在所述刻蚀掩膜层上刻蚀多个连通所述缓冲层的小孔；

S33：通过所述小孔，对所述缓冲层、所述过渡层和所述成核层进行刻蚀，形成与所述硅衬底的上表面连通的外延层通孔；

S34：利用所述外延层通孔，对所述硅衬底与所述三族氮化物外延层的接触区域进行腐蚀，形成所述内部空腔。

进一步地，所述S34包括：

向所述外延层通孔中浇灌仅腐蚀所述硅衬底的第一腐蚀液，控制腐蚀时间，使得在所述硅衬底的上表面形成衬底空腔。

进一步地，所述S34还包括：

向所述外延层通孔中浇灌仅能够腐蚀所述成核层和所述过渡层的第二腐蚀液，以形成外延层空腔，并且所述外延层空腔的下表面与所述衬底空腔连通，所述外延层空腔的上表面穿过所述成核层和所述过渡层而与所述缓冲层的下表面接触。

实施例四

在实施例三的基础上，请参见图7a-7i，图7a-7i是本发明实施例提供的一种低电磁损耗的微波毫米波传输线的制备方法的具体步骤示意图。该制备方法包括以下步骤：

步骤1、如图7a所示，选取硅衬底1。

步骤2、如图7b所示，在硅衬底1上制备成核层21。

具体地，利用MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机物化学气相淀积)设备在硅衬底1上制备成核层21，材料为氮化铝。

步骤3、如图7c所示，在成核层21上制备过渡层22。

具体地，利用MOCVD在成核层21上制备过渡层22。材料为氮化铝/氮化镓的周期性结构，厚度为2nm/2nm，总厚度为1μm。

步骤4、如图7d所示，在过渡层22上制备缓冲层23。

具体地，利用MOCVD在过渡层22上制备缓冲层23。缓冲层23的材料为氮化镓，厚度为1μm。

步骤5、如图7e所示，在缓冲层23上面制备刻蚀掩膜层6。

具体地，掩膜层6的材料为二氧化硅。

步骤6、如图7f所示，采用光刻技术，在刻蚀掩膜层6上进行选择区域刻蚀，形成一系列小孔61。

具体地，小孔61的刻蚀采用RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀)或者HF湿法腐蚀进行。

步骤7，如图7g所示，通过刻蚀掩膜层6上的小孔61，对缓冲层23、过渡层22和成核层21进行刻蚀，形成外延层通孔62。

具体地，刻蚀采用ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma-Reactive IonEtching，感应离子耦合反应离子刻蚀)设备进行。

步骤8，如图7h所示，通过外延层通孔62，对硅衬底1表面进行刻蚀，在高频信号金属电极3下面形成衬底空腔41。

具体地，采用各向同性选择腐蚀液进行刻蚀。此腐蚀液只刻蚀硅材料，不会刻蚀三族氮化物材料。各向同性腐蚀液可以对硅材料进行横向刻蚀，从而在三族氮化物材料下面形成衬底空腔41。

步骤9，如图7i所示，在缓冲层23上制备高频信号金属电极3和接地金属电极5，形成共面波导(CPW)传输线。

具体地，高频信号金属电极3的材料为钛/金，使用磁控溅射设备和电镀设备制备，厚度为50nm/3μm；接地金属电极5的材料为钛/金，使用磁控溅射设备和电镀设备制备，厚度为50nm/3μm，完成低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波共面波导传输线(CPW)的制备。

实施例五

请参见图7a-7h，图8a-8b，在实施例四的基础上，本实施例提供了另一种低电磁损耗的微波毫米波传输线的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1-步骤8、同实施例四的步骤1-步骤8相同。

步骤9，如图8a所示，在缓冲层23上制备高频信号金属电极3。

具体地，高频信号金属电极3的材料为钛/金，使用磁控溅射设备和电镀设备制备，厚度为50nm/3μm。

步骤10，如图8b所示，在硅衬底1的下表面制备背面的接地金属电极5，形成微带传输线。

具体地，该背面的接地金属电极5的材料为钛/金，使用磁控溅射设备和电镀设备制备，厚度为50nm/3μm，完成低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波背地微带传输线的制备。

实施例六

请参见图7a至7h和图9，在实施例四的基础上，本实施例提供了另一种低电磁损耗的微波毫米波传输线的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1-步骤9、同实施例四的步骤1-步骤9相同。

步骤10，如图9所示，在硅衬底1的下表面制备背面接地金属电极5，形成背地共面波导(GCPW)。

具体地，该背面接地金属电极5的材料为钛/金，使用磁控溅射设备和电镀设备制备，厚度为50nm/3μm，完成低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波背地共面波导(GCPW)传输线的制备。

实施例七

请参见图7a-7h，图10a-10b，在实施例四的基础上，本实施例提供了另一种低电磁损耗的微波毫米波传输线的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1-步骤8、同实施例四的步骤1-步骤8相同。

步骤9，如图10a所示，通过外延层通孔62，对成核层21和过渡层22进行刻蚀，在高频信号金属电极3下面形成外延层空腔42。

具体地，采用各向同性选择腐蚀液进行刻蚀。控制腐蚀时间，使此腐蚀液只腐蚀成核层和过渡层，不会腐蚀缓冲层，从而在三族氮化物材料的下面区域形成外延层空腔42。

步骤10，如图10b所示，在缓冲层23上制备高频信号金属电极3和接地金属电极5，形成共面波导(CPW)。

具体地，高频信号金属电极3的材料为钛/金，使用磁控溅射设备和电镀设备制备，厚度为50nm/3μm；接地金属电极5的材料为钛/金，使用磁控溅射设备和电镀设备制备，厚度为50nm/3μm，完成低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波共面波导(CPW)传输线的制备。

此外，可以在实施例五和实施例六的基础上制作具备外延层空腔42的硅基氮化镓微波毫米波微带线传输线和背地共面波导(CPW)传输线，步骤类似于实施例七，这里不再赘述。

本实施例的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法简单，且能够与现有工艺兼容。

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 (10)

1.一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，其特征在于，包括：硅衬底(1)；

三族氮化物外延层(2)，设置在所述硅衬底(1)的上表面；

高频信号金属电极(3)，设置在所述三族氮化物外延层(2)的上表面；

接地金属电极(5)，设置在所述高频信号金属电极(3)的两侧和/或所述硅衬底(1)的下表面，其中，

在所述硅衬底(1)与所述三族氮化物外延层(2)之间包括内部空腔(4)，所述内部空腔(4)的至少一部分开设在所述硅衬底(1)中。

2.根据权利要求1所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，其特征在于，所述内部空腔(4)包括衬底空腔(41)，所述衬底空腔(41)的下表面位于所述硅衬底(1)内部，上表面与所述三族氮化物外延层(2)的下表面接触。

3.根据权利要求2所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，其特征在于，所述三族氮化物外延层(2)自下而上依次包括成核层(21)、过渡层(22)和缓冲层(23)，其中，所述成核层(21)的材料为氮化铝，所述过渡层(22)的材料为氮化铝/氮化镓的周期性结构，所述缓冲层(23)的材料为氮化镓。

4.根据权利要求3所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，其特征在于，所述内部空腔(4)还包括与所述衬底空腔(41)连通的外延层空腔(42)，其中，所述外延层空腔(42)的下表面与所述衬底空腔(41)连通，所述外延层空腔(42)的上表面穿过所述成核层(21)和所述过渡层(22)而与所述缓冲层(23)的下表面接触。

5.根据权利要求1所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，其特征在于，所述内部空腔(4)的高度为10nm-20μm。

6.一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至5中任一项所述的硅基氮化镓微波毫米波传输线，所述制备方法包括：

步骤1：选取硅衬底；

步骤2：在所述硅衬底的上表面制备三族氮化物外延层；

步骤3：在所述硅衬底与所述三族氮化物外延层的接触表面刻蚀内部空腔；

步骤4：在所述三族氮化物外延层的上表面制备高频信号金属电极；

步骤5：在所述高频信号金属电极的两侧和/或所述硅衬底的下表面制备接地金属电极。

7.根据权利要求6所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤21：利用MOCVD设备在所述硅衬底的上表面制备厚度为50nm-500nm的成核层；

步骤22：利用MOCVD设备在所述成核层的上表面制备过渡层，所述过渡层为氮化铝/氮化镓的周期性结构，每层氮化铝和每层氮化镓的厚度均为2nm，所述过渡层的总厚度为1μm；

步骤23：利用MOCVD设备在所述过渡层的上表面上制备厚度为1μm的缓冲层。

8.根据权利要求7所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤31：在所述缓冲层的上表面制备刻蚀掩膜层，材料为二氧化硅；

步骤32：采用光刻技术，在所述刻蚀掩膜层上刻蚀多个连通所述缓冲层的小孔；

步骤33：通过所述小孔，对所述缓冲层、所述过渡层和所述成核层进行刻蚀，形成与所述硅衬底的上表面连通的外延层通孔；

步骤34：利用所述外延层通孔，对所述硅衬底与所述三族氮化物外延层的接触区域进行腐蚀，形成所述内部空腔。

9.根据权利要求8所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法，其特征在于，所述步骤34包括：

向所述外延层通孔中浇灌仅腐蚀所述硅衬底的第一腐蚀液，控制腐蚀时间，使得在所述硅衬底的上表面形成衬底空腔。

10.根据权利要求9所述的低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线的制备方法，其特征在于，所述步骤34还包括：

向所述外延层通孔中浇灌仅能够腐蚀所述成核层和所述过渡层的第二腐蚀液，以形成外延层空腔，并且所述外延层空腔的下表面与所述衬底空腔连通，所述外延层空腔的上表面穿过所述成核层和所述过渡层而与所述缓冲层的下表面接触。

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