本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于多層全息天線的GaAs基橫向等離子pin二極管的制備方法。

背景技術(shù)：

全息天線由源天線和全息結(jié)構(gòu)組成。結(jié)合實(shí)際需求，選擇適當(dāng)?shù)奶炀€作為源天線，通過加載全息結(jié)構(gòu)來改變饋源的輻射，以獲得所需的目標(biāo)天線的輻射特性，通過給定的電磁波輻射的干涉圖進(jìn)而推算天線結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的反射面天線相比，全息結(jié)構(gòu)具有靈活的構(gòu)建形式，便于和應(yīng)用環(huán)境一體設(shè)計，應(yīng)用范圍很廣泛。

目前，國內(nèi)外應(yīng)用于等離子可重構(gòu)全息天線的pin二極管采用的材料均為體硅材料，此材料存在本征區(qū)載流子遷移率較低問題，影響pin二極管本征區(qū)載流子濃度，進(jìn)而影響其固態(tài)等離子體濃度；并且該結(jié)構(gòu)的P區(qū)與N區(qū)大多采用注入工藝形成，此方法要求注入劑量和能量較大，對設(shè)備要求高，且與現(xiàn)有工藝不兼容；而采用擴(kuò)散工藝，雖結(jié)深較深，但同時P區(qū)與N區(qū)的面積較大，集成度低，摻雜濃度不均勻，影響pin二極管的電學(xué)性能，導(dǎo)致固態(tài)等離子體濃度和分布的可控性差。

因此，選擇何種材料及工藝來制作一種等離子pin二極管以制備可重構(gòu)全息天線就變得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明提出一種用于多層全息天線的GaAs基橫向等離子pin二極管的制備方法。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提出的一種用于多層全息天線的GaAs基橫向等離子pin二極管的制備方法，所述GaAs基橫向等離子pin二極管用于制作多層可重構(gòu)全息天線，其中，所述多層全息天線包括：半導(dǎo)體基片GeOI、天線模塊、第一全息圓環(huán)及第二全息圓環(huán)；其中，所述天線模塊、所述第一全息圓環(huán)及所述第二全息圓環(huán)均包括依次串接的GaAs基等離子pin二極管串；所述GaAs基等離子pin二極管串包括多個串行連接的GaAs基等離子pin二極管，所述GaAs基等離子pin二極管制備方法包括：

(a)選取某一晶向的GeOI襯底，在所述襯底表面利用MOCVD淀積GaAs層；

(b)在所述GaAs層表面形成第一保護(hù)層，利用光刻工藝在所述第一保護(hù)層上形成第一隔離區(qū)圖形；

(c)利用干法刻蝕工藝在所述第一隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第一保護(hù)層及所述襯底以形成隔離槽，且所述隔離槽的深度大于等于所述GaAs層的厚度；

(d)填充所述隔離槽以形成所述等離子pin二極管的所述隔離區(qū)；

(e)刻蝕所述襯底形成P型溝槽和N型溝槽，所述P型溝槽和所述N型溝槽的深度小于所述襯底的頂層GaAs的厚度；

(f)在所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)采用離子注入形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(g)填充所述P型溝槽和所述N型溝槽，并采用離子注入在所述GaAs層內(nèi)形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)；

(h)在所述襯底上形成引線，以完成所述GaAs基等離子pin二極管的制備。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述天線模塊(13)包括2個GaAs基等離子pin二極管天線臂、1個同軸饋線、以及每個天線臂對應(yīng)的4個直流偏置線。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述GaAs基等離子pin二極管包括P+區(qū)、N+區(qū)和本征區(qū)，且還包括第一金屬接觸區(qū)和第二金屬接觸區(qū)；其中，

所述第一金屬接觸區(qū)一端電連接所述P+區(qū)且另一端電連接至直流偏置線或者相鄰的所述GaAs基等離子pin二極管的所述第二金屬接觸區(qū)，所述第二金屬接觸區(qū)一端電連接所述N+區(qū)且另一端電連接至所述直流偏置線或者相鄰的所述GaAs基等離子pin二極管的所述第一金屬接觸區(qū)。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，步驟(e)包括：

(e1)在所述襯底表面形成第二保護(hù)層；

(e2)利用光刻工藝在所述第二保護(hù)層上形成第二隔離區(qū)圖形；

(e3)利用干法刻蝕工藝在所述第二隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第二保護(hù)層及所述襯底以形成所述P型溝槽和所述N型溝槽。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(e1)包括：

(e11)在所述襯底表面生成二氧化硅以形成第二二氧化硅層；

(e12)在所述第二二氧化硅層表面生成氮化硅以形成第二氮化硅層。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(f)包括：

(f1)氧化所述P型溝槽和所述N型溝槽以使所述P型溝槽和所述N型溝槽的內(nèi)壁形成氧化層；

(f2)利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的氧化層以完成所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的平整化；

(f3)對所述P型溝槽和所述N型溝槽進(jìn)行離子注入以形成所述第一P型有源區(qū)和所述第一N型有源區(qū)，所述第一N型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述N型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域，所述第一P型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述P型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(f3)包括：

(f31)光刻所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(f32)采用帶膠離子注入的方法對所述P型溝槽和所述N型溝槽分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(f33)去除光刻膠。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(g)包括：

(g1)利用多晶硅填充所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(g2)平整化處理所述襯底后，在所述襯底上形成多晶硅層；

(g3)光刻所述多晶硅層，并采用帶膠離子注入的方法對所述P型溝槽和所述N型溝槽所在位置分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)且同時形成P型接觸區(qū)和N型接觸區(qū)；

(g4)去除光刻膠；

(g5)利用濕法刻蝕去除所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)以外的所述多晶硅層。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(h)包括：

(h1)在所述襯底上生成二氧化硅；

(h2)利用退火工藝激活有源區(qū)中的雜質(zhì)；

(h3)在所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)光刻引線孔以形成引線；

(h4)鈍化處理并光刻PAD以形成所述等離子pin二極管。

由上可知，本發(fā)明實(shí)施例通過對GaAs基等離子pin二極管的P區(qū)與N區(qū)采用了基于刻蝕的深槽刻蝕的多晶硅鑲嵌工藝，能夠有效地提高pi結(jié)、ni結(jié)的結(jié)深，使固態(tài)等離子體的濃度和分布的可控性增強(qiáng)。并且，由于GaAs材料具有高的載流子遷移率，故在I區(qū)可形成高的載流子濃度從而提高二極管的性能。另外，采用此方法制備的可重構(gòu)多層全息天線體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、無復(fù)雜饋源結(jié)構(gòu)、頻率可快速跳變、提高天線的增益，且天線關(guān)閉時將處于電磁波隱身狀態(tài)，可用于各種跳頻電臺或設(shè)備；由于其所有組成部分均在半導(dǎo)體基片一側(cè)，為平面結(jié)構(gòu)，易于組陣，可用作相控陣天線的基本組成單元。

通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當(dāng)知道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因?yàn)槠鋺?yīng)當(dāng)參考附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當(dāng)知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種可重構(gòu)多層全息天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多層全息天線模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種GaAs基橫向等離子pin二極管的制作方法流程圖；

圖4a-圖4s為本發(fā)明實(shí)施例的一種SiGe基等離子pin二極管的制備方法示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種SiGe基等離子pin二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種用于多層全息天線的GaAs基橫向等離子pin二極管的制備方法，所述GaAs基等離子pin二極管用于制作可重構(gòu)全息天線。請參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種多層可重構(gòu)全息天線的結(jié)構(gòu)示意圖，所述多層全息天線包括：半導(dǎo)體基片GeOI、天線模塊、第一全息圓環(huán)及第二全息圓環(huán)；其中，所述天線模塊、所述第一全息圓環(huán)及所述第二全息圓環(huán)均包括依次串接的GaAs基等離子pin二極管串；所述GaAs基等離子pin二極管串包括多個串行連接的GaAs基等離子pin二極管。

請參見圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種GaAs基橫向等離子pin二極管的制作方法流程圖，所述制備方法包括步驟：

(a)選取某一晶向的GeOI襯底，在所述襯底表面利用MOCVD淀積GaAs層；

(b)在所述GaAs層表面形成第一保護(hù)層，利用光刻工藝在所述第一保護(hù)層上形成第一隔離區(qū)圖形；

(c)利用干法刻蝕工藝在所述第一隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第一保護(hù)層及所述襯底以形成隔離槽，且所述隔離槽的深度大于等于所述GaAs層的厚度；

(d)填充所述隔離槽以形成所述等離子pin二極管的所述隔離區(qū)；

(e)刻蝕所述襯底形成P型溝槽和N型溝槽，所述P型溝槽和所述N型溝槽的深度小于所述襯底的頂層GaAs的厚度；

(f)在所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)采用離子注入形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(g)填充所述P型溝槽和所述N型溝槽，并采用離子注入在所述GaAs層內(nèi)形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)；

(h)在所述襯底上形成引線，以完成所述GaAs基等離子pin二極管的制備。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述天線模塊(13)包括2個GaAs基等離子pin二極管天線臂、1個同軸饋線、以及每個天線臂對應(yīng)的4個直流偏置線。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述GaAs基等離子pin二極管包括P+區(qū)、N+區(qū)和本征區(qū)，且還包括第一金屬接觸區(qū)和第二金屬接觸區(qū)；其中，

所述第一金屬接觸區(qū)一端電連接所述P+區(qū)且另一端電連接至直流偏置線或者相鄰的所述GaAs基等離子pin二極管的所述第二金屬接觸區(qū)，所述第二金屬接觸區(qū)一端電連接所述N+區(qū)且另一端電連接至所述直流偏置線或者相鄰的所述GaAs基等離子pin二極管的所述第一金屬接觸區(qū)。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，步驟(e)包括：

(e1)在所述襯底表面形成第二保護(hù)層；

(e2)利用光刻工藝在所述第二保護(hù)層上形成第二隔離區(qū)圖形；

(e3)利用干法刻蝕工藝在所述第二隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第二保護(hù)層及所述襯底以形成所述P型溝槽和所述N型溝槽。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(e1)包括：

(e11)在所述襯底表面生成二氧化硅以形成第二二氧化硅層；

(e12)在所述第二二氧化硅層表面生成氮化硅以形成第二氮化硅層。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(f)包括：

(f1)氧化所述P型溝槽和所述N型溝槽以使所述P型溝槽和所述N型溝槽的內(nèi)壁形成氧化層；

(f2)利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的氧化層以完成所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的平整化；

(f3)對所述P型溝槽和所述N型溝槽進(jìn)行離子注入以形成所述第一P型有源區(qū)和所述第一N型有源區(qū)，所述第一N型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述N型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域，所述第一P型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述P型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(f3)包括：

(f31)光刻所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(f32)采用帶膠離子注入的方法對所述P型溝槽和所述N型溝槽分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(f33)去除光刻膠。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(g)包括：

(g1)利用多晶硅填充所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(g2)平整化處理所述襯底后，在所述襯底上形成多晶硅層；

(g3)光刻所述多晶硅層，并采用帶膠離子注入的方法對所述P型溝槽和所述N型溝槽所在位置分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)且同時形成P型接觸區(qū)和N型接觸區(qū)；

(g4)去除光刻膠；

(g5)利用濕法刻蝕去除所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)以外的所述多晶硅層。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(h)包括：

(h1)在所述襯底上生成二氧化硅；

(h2)利用退火工藝激活有源區(qū)中的雜質(zhì)；

(h3)在所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)光刻引線孔以形成引線；

(h4)鈍化處理并光刻PAD以形成所述等離子pin二極管。

本發(fā)明提供的GaAs基橫向等離子pin二極管的制備方法具備如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)pin二極管所使用的GaAs材料，由于其高遷移率和大載流子壽命的特性，能有效提高了pin二極管的固態(tài)等離子體濃度；

(2)pin二極管采用在GeOI襯底上淀積GaAs，GaAs材料與Ge的晶格失配特別小，避免了直接在二氧化硅上生成GaAs造成的界面缺陷；

(3)pin二極管采用了一種基于刻蝕的深槽介質(zhì)隔離工藝，有效地提高了器件的擊穿電壓，抑制了漏電流對器件性能的影響；

實(shí)施例二

請參見圖4a-圖4s，圖4a-圖4s為本發(fā)明實(shí)施例的一種Ge基等離子pin二極管的制備方法示意圖，在上述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，以制備溝道長度為22nm(固態(tài)等離子區(qū)域長度為100微米)的Ge基固態(tài)等離子pin二極管為例進(jìn)行詳細(xì)說明，具體步驟如下：

步驟1，襯底材料制備步驟：

(1a)如圖4a所示，選取(100)晶向的GeOI襯底片101，并利用MOCVD方法在頂層Ge上淀積GaAs層102，摻雜類型為p型，摻雜濃度為1014cm-3，頂層GaAs的厚度為50μm；

(1b)如圖4b所示，采用化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition，簡稱CVD)的方法，在GaAs上淀積一層40nm厚度的第一SiO2層201；

(1c)采用化學(xué)氣相淀積的方法，在襯底上淀積一層2μm厚度的第一Si3N4/SiN層202；

步驟2，隔離制備步驟：

(2a)如圖4c所示，通過光刻工藝在上述保護(hù)層上形成隔離區(qū)，濕法刻蝕隔離區(qū)第一Si3N4/SiN層202，形成隔離區(qū)圖形；采用干法刻蝕，在隔離區(qū)形成寬5μm，深為50μm的深隔離槽301；

(2b)如圖4d所示，光刻隔離區(qū)之后，采用CVD的方法，淀積SiO2 401將該深隔離槽填滿；

(2c)如圖4e所示，采用化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing，簡稱CMP)方法，去除表面第一Si3N4/SiN層202和第一SiO2層201，使襯底表面平整；

步驟3，P、N區(qū)深槽制備步驟：

(3a)如圖4f所示，采用CVD方法，在襯底上連續(xù)淀積延二層材料，第一層為300nm厚度的第二SiO2層601，第二層為500nm厚度的第二Si3N4/SiN層602；

(3b)如圖4g所示，光刻P、N區(qū)深槽，濕法刻蝕P、N區(qū)第二Si3N4/SiN層602和第二SiO2層601，形成P、N區(qū)圖形；采用干法刻蝕，在P、N區(qū)形成寬4μm，深5μm的深槽701，P、N區(qū)槽的長度根據(jù)在所制備的天線中的應(yīng)用情況而確定；

(3c)如圖4h所示，在850℃下，高溫處理10分鐘，氧化槽內(nèi)壁形成氧化層801，以使P、N區(qū)槽內(nèi)壁平整；

(3d)如圖4i所示，利用濕法刻蝕工藝去除P、N區(qū)槽內(nèi)壁的氧化層801。

步驟4，P、N接觸區(qū)制備步驟：

(4a)如圖4j所示，光刻P區(qū)深槽，采用帶膠離子注入的方法對P區(qū)槽側(cè)壁進(jìn)行p+注入，使側(cè)壁上形成薄的p+有源區(qū)1001，濃度達(dá)到0.5×1020cm-3，除掉光刻膠；

(4b)光刻N(yùn)區(qū)深槽，采用帶膠離子注入的方法對N區(qū)槽側(cè)壁進(jìn)行n+注入，使側(cè)壁上形成薄的n+有源區(qū)1002，濃度達(dá)到0.5×1020cm-3，除掉光刻膠；

(4c)如圖4k所示，采用CVD的方法，在P、N區(qū)槽中淀積多晶硅1101，并將溝槽填滿；

(4d)如圖4l所示，采用CMP，去除表面多晶硅1101與第二Si3N4/SiN層602，使表面平整；

(4e)如圖4m所示，采用CVD的方法，在表面淀積一層多晶硅1301，厚度為200～500nm；

(4f)如圖4n所示，光刻P區(qū)有源區(qū)，采用帶膠離子注入方法進(jìn)行p+注入，使P區(qū)有源區(qū)摻雜濃度達(dá)到0.5×1020cm-3，去除光刻膠，形成P接觸1401；

(4g)光刻N(yùn)區(qū)有源區(qū)，采用帶膠離子注入方法進(jìn)行n+注入，使N區(qū)有源區(qū)摻雜濃度為0.5×1020cm-3，去除光刻膠，形成N接觸1402；

(4h)如圖4o所示，采用濕法刻蝕，刻蝕掉P、N接觸區(qū)以外的多晶硅1301，形成P、N接觸區(qū)；

(4i)如圖4p所示，采用CVD的方法，在表面淀積SiO21601，厚度為800nm；

(4j)在1000℃，退火1分鐘，使離子注入的雜質(zhì)激活、并且推進(jìn)多晶硅中雜質(zhì)；

步驟5，構(gòu)成PIN二極管步驟：

(5a)如圖4q所示，在P、N接觸區(qū)光刻引線孔1701；

(5b)如圖4r所示，襯底表面濺射金屬，在750℃合金形成金屬硅化物1801，并刻蝕掉表面的金屬；

(5c)襯底表面濺射金屬，光刻引線；

(5d)如圖4s所示，淀積Si3N4/SiN形成鈍化層1901，光刻PAD，形成PIN二極管，作為制備固態(tài)等離子天線材料。

本實(shí)施例中，上述各種工藝參數(shù)均為舉例說明，依據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)手段所做的變換均為本申請之保護(hù)范圍。

本發(fā)明制備的應(yīng)用于固態(tài)等離子可重構(gòu)天線的pin二極管，首先，所使用的GaAs材料，由于其高遷移率和大載流子壽命的特性，提高了pin二極管的固態(tài)等離子體濃度；另外，pin二極管的P區(qū)與N區(qū)采用了基于刻蝕的深槽刻蝕的多晶硅鑲嵌工藝，該工藝能夠提供突變結(jié)pi與ni結(jié)，并且能夠有效地提高pi結(jié)、ni結(jié)的結(jié)深，使固態(tài)等離子體的濃度和分布的可控性增強(qiáng)，有利于制備出高性能的等離子天線；再次，本發(fā)明制備的應(yīng)用于固態(tài)等離子可重構(gòu)天線的pin二極管采用了一種基于刻蝕的深槽介質(zhì)隔離工藝，有效地提高了器件的擊穿電壓，抑制了漏電流對器件性能的影響。

實(shí)施例三

請參照圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例的Ge基等離子pin二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖。該等離子pin二極管采用上述如圖1所示的制備方法制成，具體地，該等離子pin二極管在GeOI襯底301上制備形成，且pin二極管的P區(qū)305、N區(qū)306以及橫向位于該P(yáng)區(qū)305和該N區(qū)306之間的I區(qū)均位于襯底的頂層GaAs302內(nèi)。其中，該pin二極管可以采用STI深槽隔離，即該P(yáng)區(qū)305和該N區(qū)306外側(cè)各設(shè)置有一隔離槽303，且該隔離槽303的深度大于等于頂層Ge的厚度。另外，該P(yáng)區(qū)305和該N區(qū)306在沿襯底方向可以分別對應(yīng)包括一薄層P型有源區(qū)307和一薄層N型有源區(qū)304。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明固態(tài)等離子pin二極管及其制備方法的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。