[發(fā)明專利]一種GaN聲電集成器件的制作方法

在審

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• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106898547A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 陳一峰
• 申請（專利權）人: 成都海威華芯科技有限公司
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;H01L21/8222
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙)51223
• 代理人: 徐豐

技術領域

本發(fā)明涉及一種GaN聲電集成器件的制作方法，屬于半導體制造領域。

背景技術

進入二十一世紀以來，社會邁入了超高速發(fā)展的信息時代，全球數(shù)據(jù)業(yè)務呈現(xiàn)爆炸式增長，射頻通信技術得到了廣泛應用。

目前，主流的射頻接收機的接收端架構為：SAW器件+信號放大器件+限幅器，三種獨立的芯片構成可以一個射頻接收端，但三種獨立的芯片，存在以下問題：

1.組裝時需調(diào)試，不利于大生產(chǎn)且人為因素的介入引入不確定因素，不利于提升整個組件的質(zhì)量；

2.三款獨立的芯片無法集成，對系統(tǒng)的進一步小型化和多功能不利；

3.三款獨立的芯片，不利于成本的進一步降低。

另一方面，以GaN為代表的第三代半導體發(fā)展迅猛，已經(jīng)逐步應用于射頻通信、電力電子等領域。GaN性能優(yōu)良，如GaN本征載流子濃度低，禁帶寬度大，理論上可在500℃的高溫環(huán)境下工作，可進一步減少電路保護裝置和制熱散熱系統(tǒng)，進一步提高系統(tǒng)集成度。理論上，GaN同時滿足低噪聲放大器和功率放大器的需求。同時，隨著薄膜制備技術的不斷發(fā)展，高性能的AlN薄膜已可以實現(xiàn)低溫（≤300℃）甚至常溫制備，使后續(xù)的AlN器件集成成為可能。

同時，對Al_xGa_1-xN/GaN異質(zhì)結而言，較大的Al含量一方面有利于減小發(fā)射結空穴注入引起電流增益減小現(xiàn)象，不必象同質(zhì)結雙極晶體管中那樣，必須遠遠大于基區(qū)濃度，異質(zhì)結可以允許基區(qū)比發(fā)射區(qū)有更高的摻雜，因而可以采用輕摻雜的發(fā)射區(qū),從而降低發(fā)射結電容，但易于造成Al_xGa_1-xN/GaN界面處有較大的導帶勢壘尖峰。使用時隨著電壓的增大,不可避免地帶來復合電流增大等問題。

本專利提出將GaN HBT器件與AlN器件多個集成，即將GaN HBT、GaN 限幅器與AlN SAW限幅器集成。使以下工作模式成為可能：

1.利用AlN SAW制作的濾波器，對空間中的射頻信號進行濾波處理，

2.將濾波后的信號利用GaN HBT放大器進行放大，同時，HBT中PN結可用于限幅器的制作，限幅器的作用是小信號輸入時呈現(xiàn)小損耗，大信號輸入時進行大幅衰減，有利于對后續(xù)集成電路輸入端的保護。

同時，利用GaN HBT發(fā)射結漸變層設計，消除導帶尖峰，使電子更順暢的從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)，進一步提高HBT器件電流增益。

因此，該專利對進一步提高IC功能，提高集成度，簡化系統(tǒng)，降低尺寸和成本有很好益處。在器件制作過程中，為了減少漏電流的產(chǎn)生，需進行器件隔離，由于HBT為縱向器件，而離子注入深度有限，因此將隔離工藝優(yōu)化在臺面制作工藝完成后。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：一種GaN聲電集成器件的制作方法，聲電集成器件外延結構從下至上依次包括：襯底、成核層、GaN過渡層、N-GaN集電區(qū)、P-GaN基區(qū)、N型發(fā)射區(qū)、N⁺-GaN帽層、期間隔離層和AlN層，其制作方法包括如下步驟：

步驟1：在外延結構的一側，采用光刻、刻蝕、金屬沉積、剝離等工藝，制作聲表面波濾波器電極，形成完整的聲表面波濾波器結構。

步驟2：采用光刻、刻蝕所述外延結構的中間部分，刻蝕深度從AlN層深入帽層表面，在露出的帽層兩側繼續(xù)刻蝕至基區(qū)表面，形成基區(qū)臺面，并在露出的基區(qū)臺面兩側繼續(xù)刻蝕至集電區(qū)表面；

步驟3：腐蝕所述外延結構的另一側區(qū)域，腐蝕深度從AlN層表面至P-GaN基區(qū)表面，并從該區(qū)域基區(qū)表面兩側繼續(xù)腐蝕至集電區(qū)表面，形成該區(qū)域的基區(qū)臺面；

步驟4：采用離子注入的方式，在所述聲表面波濾波器、異質(zhì)結雙極型晶體管以及GaN二極管限幅器之間注入離子形成隔離器件，其注入深度從所述三個器件之間露出的集電區(qū)表面深入到GaN過渡層內(nèi)；

步驟5：在所述帽層上表面和露出的基區(qū)臺面兩側以及基區(qū)一側所露出的集電區(qū)臺面上制作電極形成異質(zhì)結雙極型晶體管器件；在二極管限幅器區(qū)域基區(qū)臺面上以及其一側的集電區(qū)臺面上設置電極形成GaN PN二極管限幅器結構。

步驟6：快速退火使電極形成歐姆接觸。

區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本發(fā)明的有益效果是：由于本專利涉及多個器件，因此必須采用離子注入隔離，在進行離子注入時，由于HBT為縱向器件，離子注入深度有限。已有專利將離子注入步驟放在HBT器件制作之前，實現(xiàn)難度較大，本專利將該步驟置于HBT基區(qū)制作完成之后，極大的減少了工藝難度 。