CN111968972B - 一种集成芯片及其制作方法和集成电路 - Google Patents
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Abstract
申请公开了一种集成芯片及其制作方法和集成电路。集成芯片包括第一功能层，以及堆叠在第一功能层表面的第二功能层，所述第一功能层与所述第二功能层连接；所述第一功能层集成了功率放大器、低噪放大器或射频开关中任意一个或多个；所述第二功能层集成了所述LC滤波器。本申请通过将芯片分层制作，使LC滤波器与功率放大器、低噪放大器或射频开关堆叠设置，进一步降低了芯片的面积，提高了芯片集成度，减小了芯片的成本。
Description
技术领域
本申请涉及无线通讯领域，尤其涉及一种集成芯片及其制作方法和集成电路。
背景技术
随着通信技术的发展，射频器件得到越来越广泛的应用，包括基站、手机和其它各种智能终端设备，也包括Sub-6GHz频段和毫米波频段。其中装置于各类无线通信终端系统的射频前端，是实现整个无线通讯智能终端最前端的射频信号接收与发射功能的核心系统，通常由功率发大器(PA)、滤波器(Filter)、低噪声放大器(LNA)和射频开关(RF Switch)等多个器件组合构成。追求低功耗、高性能、低成本是通信技术升级的主要驱动力，也是芯片设计研发的主要方向。射频电路的技术升级主要依靠新设计、新工艺和新材料的结合，在5G及未来移动通信中，器件的小型化与集成化是主要的趋势。
目前，将射频器件集成在一起形成的集成芯片的面积较大，导致芯片成本较高。
发明内容
本申请的目的是提供一种将射频前端的多个部件集成在一个芯片上且芯片面积较小的集成芯片及其制作方法和集成电路。
本申请公开了一种集成芯片，所述集成芯片包括第一功能层，以及堆叠制作在第一功能层表面的第二功能层，所述第一功能层与所述第二功能层连接；所述第一功能层集成了功率放大器、低噪放大器或射频开关中任意一个或多个；所述第二功能层集成了所述LC滤波器。
可选的，所述第一功能层包括晶体管和由电感、电容和/或电阻组成的匹配电路，所述晶体管与所述匹配电路相连；所述第二功能层包括电感层和电容层，所述电感层、电容层与所述匹配电路连接。
可选的，所述电感层设置在所述第一功能层的表面，与所述匹配电路连接；所述电容层设置在所述电感层的表面，与所述电感层连接。
可选的，所述电容层设置在所述第一功能层的表面，与所述匹配电路连接；所述电感层设置在所述电容层的表面，与所述电容层连接。
可选的，所述电感层中设有多个电感，所述电感层中的电感同步制作完成；所述电容层中设有多个电容，所述电容层中的电容同步制作完成。
可选的，所述第二功能层包括至少一个电感层和至少一个电容层，所述电感层和电容层堆叠设置。
可选的，所述第一功能层包括衬底、外延层、第一钝化层、第二钝化层和第一金属间介质层，所述外延层设置在所述衬底上，采用氮化镓系材料制，所述第一钝化层设置在所述外延层上，所述第二钝化层设置在所述第一钝化层上，所述第一金属间介质层设置在所述第二钝化层上；所述晶体管包括氮化镓高电子迁移率晶体管，所述氮化镓高电子迁移率晶体管与所述匹配电路连接，所述氮化镓高电子迁移率晶体管包括：设置在所述外延层表面的栅极、源极和漏极；设置在所述第二钝化层的上方，贯穿所述第一钝化层和第二钝化层，分别与所述源极和漏极相连的第一金属层；设置在所述第一金属间介质层的上方，贯穿所述第一金属间介质层，分别与所述第一金属层连接的第二金属层。
可选的，所述集成芯片包括背孔和背面金属层，所述背孔贯穿所述衬底和外延层，所述背面金属层设置在所述衬底的下表面，通过所述背孔与所述源极连接。
可选的，所述晶体管包括砷化镓异质结双极晶体管、砷化镓高电子迁移率晶体管、氮化镓高电子迁移率晶体管、磷化铟异质结双极晶体管或磷化铟高电子迁移率晶体管。
本申请还公开了一种集成芯片的制作方法，所述集成芯片包括相连接的晶体管、匹配电路和LC滤波器，所述晶体管和匹配电路设置在第一功能层，所述LC滤波器设置在第二功能层，其特征在于，包括步骤：
形成衬底；
在所述衬底上形成外延层；
在所述外延层上制作晶体管，包括源漏极、栅极、第一钝化层和第二钝化层；
在所述第二钝化层上形成含有电感、电容或电阻的匹配电路；
在所述晶体管和匹配电路上形成第一金属间介质层；以及
在所述第一功能层上形成含有电容层和电感层的第二功能层。
本申请还公开了一种集成电路，包括晶圆和如上所述的集成芯片，所述集成芯片设置在所述晶圆上。
相对于将射频前端中的各部分器件分开制作的方案来说，本申请将射频前端中的功率放大器、滤波器以及其它器件做到一个芯片上，并且通过将芯片分层制作，使LC滤波器与功率放大器、低噪放大器或射频开关堆叠设置，从而进一步降低了芯片的面积，提高了芯片集成度，减小了芯片的成本。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是一种无线通讯系统的示意图；
图2是一种无线通讯系统及射频前端的示意图；
图3是一种多通道的无线通信系统的示意图；
图4是一种将射频前端集成在一个芯片上的示意图；
图5是本申请的一实施例的一种集成电路的示意图；
图6是本申请的一实施例的另一种集成电路的示意图；
图7是本申请的一实施例的一种集成芯片的示意图；
图8是本申请的一实施例的一种设有多个背孔的集成芯片示意图；
图9是本申请的一实施例的一种氮化镓高电子迁移率晶体管示意图；
图10是本申请的一实施例的一种外延层的示意图；
图11是本申请的一实施例的一种电感的示意图；
图12是本申请的一实施例的另一种电感的示意图；
图13是本申请的一实施例的一种电感的制作方法流程图；
图14是本申请的一实施例的一种电容的示意图；
图15是本申请的一实施例的一种电容的制作方法流程图；
图16是本申请的一实施例的一种电阻、电容和电阻连接关系的示意图；
图17是本申请的一实施例的一种电阻薄膜的工作示意图；
图18是本申请的一实施例的一种电阻制作方法的流程图；
图19是本申请的一实施例的一种低通滤波器的示意图；
图20是本申请的一实施例的一种高通滤波器的示意图；
图21是本申请的一实施例的一种带通滤波器的示意图；
图22是本申请的一实施例的一种带阻滤波器的示意图；
图23是本申请的另一实施例的一种集成芯片制作方法的流程图。
其中，100、无线通讯系统；110、射频前端；111、功率放大器；112、滤波器；113、双工器；114、低噪声放大器；115、射频开关、120、基带芯片；130、收发器；140、天线；200、集成电路；210、晶圆；220、集成芯片；221、晶体管；2211、衬底；2212、外延层；2213、源极；2214、栅极；2215、漏极；2216、第一钝化层；2217、第二钝化层；2218、第一金属层；2219、第二金属层；2220、第一金属间电介质；222、LC滤波器；223、电感；2231电感绕线；2232、电感输入端；2233、电感输出端；224、电容；2241、下电极；2242、电容介质；2243、下电极金属连线；2244、上电极；227、第三钝化层；228、欧姆接触层；229、背孔；230、背面金属层；231、缓冲层；232、沟道层；233、隔离层；234、势垒层；235、盖帽层；236、金属层；237、光刻胶；240、电阻区；241、电阻；242、电阻薄膜；243、电阻输入电极；244、电阻输出电极；245、介质层；250、第二金属间介质层；251、第三金属间介质层；280、第一功能层；281、匹配电路；290、第二功能层；291、电感层；292、电容层。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参考附图和可选的实施例对本申请作详细说明。
在无线通讯系统中，射频前端是极为重要的一部分，是实现整个无线通讯智能终端最前端的射频信号接收与发射的核心部分，直接影响着手机的信号收发。如图1和图2所示，是一种无线通讯系统100和射频前端110的示意图，无线通讯系统100包括基带芯片120、收发器130、射频前端110和天线140，射频前端110与天线140相连，用于接收和发射无线射频信号；射频前端110将接收信号(Rx)传导至射频收发器130，同时接收来自收发器130的发射信号(Tx)；基带芯片120负责完成移动网络中无线信号的解调、解扰、解扩和解码工作。在发射信号的过程中，射频前端110接收所述收发器130的二进制信号并转换成高频率的无线电磁波信号发送给天线140；在接收信号的过程中，将从天线140收到的电磁波信号转换成二进制数字信号发送给收发器130。
在5G及未来通信中，射频器件会得到越来越广泛的应用，射频前端110通常包括功率放大器111(PA)、滤波器112(Filter)、双工器113(Duplexer)、低噪声放大器114(LNA)和射频开关115(Switch)等器件；其中，功率放大器111(PA)用于实现发射通道的射频信号放大；射频开关115(Switch)用于实现射频信号接收与发射的切换；滤波器112(Filter)用于保留特定频段内的信号，而将特定频段外的信号滤除；双工器113(Duplexer)由一个接收滤波器112和一个发射滤波器112组合而成，用于将发射和接收信号的隔离，保证接收和发射在共用同一天线140的情况下能正常工作；低噪声放大器114(LNA)用于实现接收通道的射频信号放大。且射频前端110中的这些器件通常由不同厂家生产，或者由同一公司的不同产品线制作完成，然后在封装阶段集成到一个模块提供给终端用户，因此导致芯片体积大、损耗大、成本高。特别是对于多通道系统，如图3所示，是一种多通道的无线通信系统示意图，该系统需要多个功率放大器111和低噪声放大器114，更需要与通道数量相等的接收滤波器112和发射滤波器112，因此所需芯片数量将随着通道数量的增加而大量增加，芯片总数到达几十颗甚至几百颗，导致最终产品的体积大幅度增加，既不利于信号导通，也不利于降低成本。
基于此，本申请将射频前端110多种器件或所有器件组合集成在同一芯片上；如图4所示，是一种将射频前端110集成在一个芯片上的示意图，通过这种方式能够减小芯片的总体面积，提高性能优越，降低成本；且在多通道系统中只需要在集成芯片220上增加相应数量的PA、LNA、接收滤波器112、发射滤波器222以及射频开关115，而不需要增加芯片的数量，仍然只需要一颗芯片，因此使得芯片的数量大大减少。
如图5所示，作为本申请的一实施例，公开了一种集成电路200，所述集成电路200包括晶圆210和集成芯片220，集成芯片220设置在晶圆210上，图中晶圆210上每一个小方块是一颗集成芯片220，上面制作各种无线通信射频前端110的集成方案，如功率放大器111、滤波器112(双工器113)、低噪声放大器114和射频开关115等。具体的方案可以是其中的任意两种器件的集成，也可以包含所有器件、可以是其中的任意组合，且每种器件可以是一个或多个；且本申请中的功率放大器111、低噪声放大器114和射频开关115中的一者或多者采用氮化镓高电子迁移率晶体管或其它类型的晶体管221，滤波器112采用LC滤波器222。对于多通道系统，如图6所示，同样可以将射频前端110的所有元件集成在同一个集成芯片220上，可以极大地减小器件尺寸，从而降低成本并提高性能。本发明将在5G及未来通信中，在无线基站、手机和其它智能终端设备，包括sub-6GHz和毫米波频段，都将得到广泛的应用，具有巨大的市场前景。
如图7所示，是一种集成芯片220的示意图，所述集成芯片220包括晶体管221和LC滤波器222，其中，晶体管221可以是氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)，还可以是其他类型的晶体管，如砷化镓电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)、磷化铟电子迁移率晶体管(InPHEMT)、砷化镓异质结晶体管(GaAs HBT)、磷化铟异质结晶体管(InP HBT)等。所述氮化镓高电子迁移率晶体管可以作为射频前端110的功率放大器111，也可以作为射频前端110的低噪声放大器114或射频开关115等；通过将射频前端110中的多个器件集成到一个芯片上，为5G及未来移动通信基站及终端设备提供满足要求的射频前端110器件，既可以使用于广泛的频率范围，又可以同时满足更小尺寸、更高集成度、更高性能的要求。
具体的，所述集成芯片220包括第一功能层280，以及堆叠制作在第一功能层280表面的第二功能层290，所述第一功能层280与所述第二功能层290连接；所述第一功能层280集成了功率放大器111、低噪放大器114或射频开关115中任意一个或多个；所述第二功能层290集成了所述LC滤波器222。所述第一功能层280包括晶体管221和由电感223、电容224和/或241电阻组成的匹配电路281，所述晶体管221与所述匹配电路281相连；所述第二功能层290包括电感层291和电容层292，所述电感层291、电容层292与所述匹配电路281连接。本申请通过将集成芯片220堆叠设置，且将LC滤波器222中的器件设置在不同层，达到进一步缩小芯片的效果，从而减小芯片的占用面积，另外还减少了芯片的材料成本。
本申请中，可以将LC滤波器222的电容224部分做到第一功能层280中，那么第二功能层290中只有LC滤波器222的电感223部分；也可以将LC滤波器222的电感223部分做到第一功能层280中，那么第二功能层290中则只有LC滤波器222的电容224部分。也可以将LC滤波器222中的一部分电容和电感做到第一功能层280中，将另一部分电容和电感做到第二功能层290中。若是将LC滤波器222中的电感223和电容224都做到第二功能层290的话，可以将LC滤波器222中的电容224做到一层形成电容层292，将LC滤波器222中的电感223做到一层形成电感层291；所述电感层291设置在所述第一功能层280的表面；所述电容层292设置在所述电感层291的表面；或者所述电容层292设置在所述第一功能层280的表面，所述电感层291设置在所述电容层292的表面。当然，还可以将LC滤波器222中的电容224设置到一层以上的电容层292中，将LC滤波器222中的电感223设置到一层以上的电感层291中；且多层的电容层292和多层的电感层291的先后堆叠顺序不限，电容层292和电感层291可以交错堆叠，也可以将所有电容层292都堆叠在电感层291的下方，也可以将所有电感层291都堆叠在电容层292的下方，在此不做限定。上述所有技术方案中LC滤波器222均与第一功能层280堆叠在一起，达到缩小集成芯片表面积的效果。而且本申请中所述电感层291中设有多个电感223，所述电感层291中的电感223同步制作完成；所述电容层292中设有多个电容224，所述电容层292中的电容224同步制作完成，以提高制程效率。
当晶体管221采用氮化镓高电子迁移率晶体管时，本申请中所述第一功能层280包括依次堆叠的衬底2211、采用氮化镓系材料制成的外延层2212、第一钝化层2216、第二钝化层2217和第一金属层介质层2220，所述氮化镓高电子迁移率晶体管与所述匹配电路281连接；所述氮化镓高电子迁移率晶体管包括设置在所述外延层表面的栅极2214、源极2213和漏极2215，设置在所述第二钝化层2217的上方，贯穿所述第一钝化层2216和第二钝化层2217，分别与所述源极2213和漏极2215相连的第一金属层2218，设置在所述第一金属间介质层2220的上方，贯穿所述第一金属间介质层2220，分别与所述第一金属层2218连接的第二金属层2219；所述漏极2215上方的第二金属层2219与所述匹配电路281中的电感223和电容224通过金属互联。当然，所述晶体管221还可以替换成砷化镓异质结双极晶体管、砷化镓高电子迁移率晶体管、磷化铟异质结双极晶体管或磷化铟高电子迁移率晶体管，采用这些晶体管结构的功率放大器、低噪放大器或射频开关均具有频率响应好、速度快、工作温度高等优点，基于此类晶体管的功率放大器111或其它结构能够给芯片带来更好的性能，将在5G及未来通信中得到愈来愈广泛的应用，包括无线基站、手机、智能终端、WIFI等设备以及卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。
另外，可以在所述集成芯片220上设置贯穿衬底2211和外延层2212的背孔229，且在衬底2211的下表面设置背面金属层230，背面金属层230通过背孔229与源极221连接，使得晶体管的源极2213通过背面金属层230而接地。
如图8所示，是一种设有多个背孔229的集成芯片220示意图，在另一实施例中，所述电容224和电感223下方设有欧姆接触层228；所述集成芯片220包括背面金属层230和多个背孔229，所述背孔229贯穿所述衬底2211和外延层2212，所述背面金属层230设置在所述衬底2211的下表面，且透过所述背孔229分别与所述源极2213、电感223下方的欧姆接触层228、电容224下方的欧姆接触层228连接。
本实施例在晶体管221、电感223和电容224的下方设置背孔229，将需要接地的端口连接到背面金属层230而接地，只有一个端口需要连接到第二金属层2219，工艺流程也要做出相应的改变；所述欧姆接触层228可以与晶体管区223中的源极2213、漏极2215同时制作完成，以提高生产效率。
如图9所示，是一种氮化镓高电子迁移率晶体管221示意图，在所述氮化镓高电子迁移率晶体管221中，衬底2211氮化镓材料构成，衬底2211的尺寸可以在50-150mm之间或者更大。外延层2212主要由氮化镓系材料构成；源极2213、漏极2215可以由Ti、Al、Ni或Au中的一种金属构成，也可以由几种金属的组合通过高温退火形成的合金构成，这样能够进一步减小电阻；至于栅极2214，可以由Ni、Au、Pt、Ti和Al等金属组成，且栅极2214的截面形状可以是矩形，也可以是“T”型或“Y”型等，在此不做限定；第一钝化层2216和第二钝化层2217的材料可以为氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)等。
所述氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法为：形成衬底或晶圆；在衬底上形成外延层；在外延层上形成源极、漏极；在源极、漏极上形成第一钝化层；蚀刻第一钝化层；然后形成栅极，使得栅极连接外延层；在第一钝化层上形成第二钝化层；在对应源极和漏极的第二钝化层上进行蚀刻；然后形成第一金属层；在第二钝化层上形成金属间电介质；在金属间电介质上形成第二金属层，且第二金属层与第一金属层连接。器件中根据需要还可以设置更多金属层236、钝化层和介质层等。前面的是衬底2211正面工艺，至于衬底2211背面，可以先进行晶圆210键合(Wafer bonding)；再对晶圆210减薄与抛光(grinding andpolishing)；接着进行背孔229蚀刻(backside via etch)，蚀刻出贯穿晶圆210和外延层2212的背孔229；然后进行背孔229金属化(via metallization)，即在晶圆210背面形成背面金属层230，使背面金属层230通过背孔229与源极2213相连。
如图10所示，是一种外延层2212的示意图，外延层2212中设有沟道层232(Channel)，所述沟道层232为氮化镓材料，厚度一般为10nm-1um；沟道上面为势垒层234(Barrier)，与沟道层232形成异质结并产生高迁移率的二维电子气(2DEG)，设置势垒层234的目的是向界面提供自由电子并限制电子的向上运动。在沟道层232和势垒层234之间，也可以插入一层薄的隔离层233(Spacer)，可以限制自由电子的向上运动以进一步增加二维电子气的浓度；隔离层可以是氮化铝或其他材料，厚度为0.5-10nm；势垒层234上面也可以有一层掺杂的盖帽层235(Cap layer)，如n-型掺杂的氮化镓，厚度为10-50nm，盖帽层235可以保护势垒层234，并通过高掺杂而减小欧姆接触电阻。另外在制作沟道层232之前，还可以先在衬底2211上形成一层缓冲层231以提高外延层2212的质量，缓冲层231的材料可以为氮化镓，厚度可以为0.5-2um。
如图11和图12所示，分别是一种电感223的示意图；电感223由金属线圈(电感绕线2231)绕制而成，可以是方性绕组、圆形绕组或其他形状，金属线圈由Mo,Al,W、Ti、Cu、Au、Ru、Cr等或者合金制作而成；在半导体工艺中，电感一般采用方形或长方形，至于厚度、宽度、圈数及间距依具体设计和应用而确定。电感设有电感输入电极(电感输入端2232)和电感输出电极(电感输出端2233)，可以通过刻蚀通孔并制作金属连线的方式进行，也可以通过其它方式，如通过空气桥工艺将设置在金属线圈内侧的电感输入电极连到金属线圈外侧并与其它器件相连。至于电感的制作方法，可以采用刻蚀、金属剥离等方式，现以刻蚀方法加以说明；如图13所示，是一种电感的制作方法流程图，第一步先制作金属层236，可以由真空蒸镀或溅射沉积制成；第二步是进行涂胶、对准、曝光、显影，形成光刻胶237图案；第三步是对金属层236进行刻蚀；第四步是剥离光刻胶237，并进行清洗，完成电感的制作。
如图14所示，是一种电容224的示意图，所述电容224采用MIM(金属-电介质-金属)结构，包括下电极2241、电容介质2242和上电极2244，电容的形状也是多种多样，在半导体工艺中，一般采用正方形和长方形，电容介质2242一般为氮化硅和氧化硅，也可以是其它电介质材料，至于上电极2244和下电极2241一般为Au、Al或Cu金属，也可以是其他金属或合金。
如图15所示，是一种电容的制作方法流程图，第一步先在衬底2211上制作下电极2241，可以通过刻蚀或金属剥离的方法将金属层236形成下电极2241；第二步在下电极2241上制作电容介质2242，然后在电容介质2242上蚀刻出通孔，电容介质2242一般由化学沉积(CVD)方法制作而成；第三步是在电容介质2242上制作金属间电介质2220(IMD，Inter-Metal Dielectric)，并蚀刻出通孔；第四步是在金属间电介质2220上形成下电极金属连线2243和上电极2244。所述金属间电介质2220(IMD)可以选用聚酰亚胺树脂(Polyimide，简称PI)或苯并环丁烯(BCB)，也可以使用氮化硅和氧化硅等材料。
LC滤波器中也可能包括电阻，如图16所示，是所述电阻241与电容224和电感223的连接关系，所述电阻241为薄膜电阻(TFR–Thin Film Resistor)，且其工作示意图如图17所示。如图18所示，是该电阻制作方法的流程图，先在衬底2211上形成介质层245，然后在介质层245上形成电阻薄膜242，可以由真空蒸镀、溅射或化学沉积等方法制成；接着进行涂胶、对准、曝光、显影，即形成光刻胶237图案；然后蚀刻电阻薄膜242，去胶、清洗。电阻薄膜242的材料有Ni-Co系、Ta系、Si系、金属陶瓷系电阻薄膜以及Au-Cr、Ni-P等电阻薄膜，常用的有NiCr、TaN等。
关于5G及未来通信中的射频滤波器，在基站应用中，主流技术是金属腔体滤波器和陶瓷介质滤波器，因为金属腔体滤波器和陶瓷介质滤波器具有较好的性能(较高Q值)，但体积较大，同时难于与基于半导体工艺的功率放大器集成。随着5G移动通信时代的来临，基站也会有很多新的方案；除宏基站外，还将有小基站(Small Cells)、微基站(MicroCells)、皮基站(Pico Cells)及家庭基站(Femto Cells)，这样的发展趋势也给射频前端带来了新的要求，即更小的尺寸、更高的集成度、更好的性能。而在手机和其它智能终端设备、WIFI等设备中，主要是SAW(表面声波)滤波器、BAW(体声波)滤波器(包括FBAR)或LTCC(低温共烧陶瓷)滤波器等；它们各有优缺点，如SAW滤波器最佳应用的频率范围是小于2.5GHz，BAW(包括FBAR)滤波器则主要用于Sub-6GHz，LTCC滤波器虽然可以用于高频，但其Q值较低，导致较大的插入损耗和较差的带外抑制。并且，这些滤波器都难与基于GaN HEMT晶体管(或其它晶体管)的功率放大器集成在同一半导体芯片上，以满足5G及未来移动通信对射频前端更小尺寸、更高集成度、更高性能的要求。
LC滤波器222具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高以及运行费用较低等优点，且可以与氮化镓高电子迁移率晶体管(或其它晶体管)集成到一个芯片上。按频率选择的特性，LC滤波器222可分为低通、高通、带通、带阻滤波器等，分别如图19到图22所示；对于不同的应用场景和性能要求，滤波器的结构种类繁多。按不同的设计方法可以分为巴特沃斯型滤波器、切比雪夫型滤波器、逆切比雪夫型滤波器、椭圆滤波器和贝塞尔型滤波器等。LC滤波器222也有不同的阶数(级数)，对于高通和低通滤波器来讲，阶数就是滤波器中电容、电感的个数总和；对于带通滤波器来讲，阶数是并联谐振器的总数；对于带阻滤波器来讲，阶数是串联谐振器与并联谐振器的总数；因此可以根据需要将氮化镓高电子迁移率晶体管(或其它晶体管)搭配不同类型的LC滤波器222，满足多种需求。除了制作LC滤波器222之外，也可以制作电容、电感以及电阻(薄膜电阻)，用以制作巴伦(Balun)，耦合器(Coupler)、分频器(Diplexer)，或者电路匹配。
将射频前端110中的多个器件采用氮化镓高电子迁移率晶体管且与滤波器222集成在一个芯片上时，在实现减小芯片数量，减小产品面积与成本的同时，还兼备了氮化镓高电子迁移率晶体管221的高性能和LC滤波器222的适用性、稳定性高等特点，另外，集成芯片220中大量结构通过一道制程形成，且氮化镓高电子迁移率晶体管和匹配电路281中的衬底2211、外延层2212、第一钝化层2216、第二钝化层2217可共用，进一步简化工艺、降低成本、减小芯片尺寸。
如图23所示，作为本发明的另一实施例，还公开了一种集成芯片220的制作方法流程图，用于制作上述的集成芯片220，所述集成芯片220包括相连接的晶体管221、匹配电路281和LC滤波器222，所述晶体管221和匹配电路281设置在第一功能层280，所述LC滤波器222设置在第二功能层290，所述制作方法包括步骤：
S1：形成衬底；
S2：在所述衬底上形成外延层；
S3：在所述外延层上制作晶体管，包括源漏极、栅极、第一钝化层和第二钝化层；
S4：在所述第二钝化层上形成含有电感、电容或电阻的匹配电路；
S5：在所述晶体管和匹配电路上形成第一金属间介质层；
S6：在所述第一功能层上形成含有电容层和电感层的第二功能层。
至于所述集成芯片220的具体制作方法，同样可以先完成衬底2211的正面工艺，再进行衬底2211的背面工艺(Backside Process)，正面工艺包括外延层、源漏极和栅极、钝化层、金属层、电感、电容与电阻等的制备，背面工艺主要包括晶圆键合(bonding)、碾磨减薄(grinding)、抛光(polishing)、背孔光刻与刻蚀(Backside Via Photo and Etch)、背孔金属化(Via metallization)、解键合(Debonding)与晶圆清洗等步骤；可参见前文对氮化镓高电子迁移率晶体管221、电容224和电感223的制备工艺，在此不一一赘述。
需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本申请的保护范围。
以上内容是结合具体的可选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种集成芯片，其特征在于，包括第一功能层，以及堆叠在第一功能层表面的第二功能层，所述第一功能层与所述第二功能层连接；所述第一功能层集成了功率放大器、低噪放大器或射频开关中任意一个或多个；所述第二功能层集成了LC滤波器；
所述第一功能层包括晶体管和由电感、电容和/或电阻组成的匹配电路，所述晶体管与所述匹配电路相连；所述第二功能层包括电感层和电容层，所述电感层、电容层与所述匹配电路连接；
所述第二功能层的电感层设置在所述第一功能层的表面，与所述匹配电路连接；所述第二功能层的电容层设置在所述第二功能层的电感层的表面，与所述第二功能层的电感层连接；
其中，所述第二功能层中的电感层直接沉积在所述第一功能层上，所述第二功能层的电容层直接沉积在所述第二功能层的电感层的表面，与所述匹配电路通过金属线直连。
2.如权利要求1所述的一种集成芯片，其特征在于，所述第二功能层的电感层中设有多个电感，所述第二功能层的电感层中的电感同步制作完成；
所述第二功能层的电容层中设有多个电容，所述第二功能层的电容层中的电容同步制作完成。
3.如权利要求1所述的一种集成芯片，其特征在于，所述第二功能层包括至少一个电感层和至少一个电容层，所述第二功能层的电感层和第二功能层的电容层堆叠设置。
4.如权利要求1所述的一种集成芯片，其特征在于，所述第一功能层包括：
衬底；
外延层，设置在所述衬底上，采用氮化镓系材料制成；
第一钝化层，设置在所述外延层上；
第二钝化层，设置在所述第一钝化层上；以及
第一金属间介质层，设置在所述第二钝化层上；
所述晶体管包括氮化镓高电子迁移率晶体管，所述氮化镓高电子迁移率晶体管与所述匹配电路连接，所述氮化镓高电子迁移率晶体管包括：
栅极、源极和漏极，设置在所述外延层的表面；
第一金属层，设置在所述第二钝化层的上方，贯穿所述第一钝化层和第二钝化层，分别与所述源极和漏极相连；以及
第二金属层，设置在所述第一金属间介质层的上方，贯穿所述第一金属间介质层，分别与所述第一金属层连接。
5.如权利要求4所述的一种集成芯片，其特征在于，所述集成芯片包括：
背孔，贯穿所述衬底和外延层；以及
背面金属层，设置在所述衬底的下表面，通过所述背孔与所述源极连接。
6.如权利要求1所述的一种集成芯片，其特征在于，所述晶体管包括砷化镓异质结双极晶体管、砷化镓高电子迁移率晶体管、氮化镓高电子迁移率晶体管、磷化铟异质结双极晶体管或磷化铟高电子迁移率晶体管。
7.一种集成芯片的制作方法，用于制作如权利要求1-6任意一项所述的集成芯片，所述集成芯片包括相连接的晶体管、匹配电路和LC滤波器，所述晶体管和匹配电路设置在第一功能层，所述LC滤波器设置在第二功能层，其特征在于，包括步骤：
形成衬底；
在所述衬底上形成外延层；
在所述外延层上制作晶体管，包括源漏极、栅极、第一钝化层和第二钝化层；
在所述第二钝化层上形成含有电感、电容或电阻的匹配电路；
在所述晶体管和匹配电路上形成第一金属间介质层；以及
在所述第一功能层上形成含有电容层和电感层的第二功能层。
8.一种集成电路，其特征在于，包括晶圆和如权利要求1-6任意一项所述的集成芯片，所述集成芯片设置在所述晶圆上。
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