基于薄膜晶体管的微波毫米波集成电路、功率交换电路及其制作方法技术

本发明专利技术涉及基于薄膜晶体管的微波毫米波集成电路、功率交换电路及其制作方法，使在制作该集成电路的有源和无源器件后，不需研磨，蚀刻及打薄基座或衬底。同时也提供以不具毒性的制作的有源器件。利用不具毒性的半导体制作薄膜晶体管的毫米波集成电路并不需研磨，蚀刻及打薄基座或衬底，使得制作成本降低并减小环境污染。也提供可减小或免除对准，搭线手续的毫米波电路结构，以简化毫米波电路制造的程序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到基于薄膜晶体管的微波毫米波集成电路和功率放大电路及其制作方法，该薄膜晶体管系基于具有高电子迁移率和较高击穿电场的半导体薄膜。
技术介绍
微波集成电路是通讯系统中的重要组件，尤其是对一个无线通讯系统。每一个无线通讯系统都需要发射（transmit）和接受 (receive) 的模组以发射及接受微波信号。如图1所示，一个发射和接受（T/R）模组有一第一输入匹配电路，一个功率放大器（PA）,一个开关（SW）和一个天线以达成发射的功能。另一个第一输入匹配电路，一个低噪声放大器 (LNA) 和一个第二输出匹配电路加上一开关则作为接收用。对低噪声放大器和功率放大器的电源和控制则由以硅基的金属氧化物半导体电路制成的偏压及控制电路来达成 (BCL)。低噪声放大器和功率放大器一般以三五族半导体电路或锗硅电路来制作的。  对多数的应用，低噪声放大器，功率放大器和开关等多在砷化镓（GaAs）为基底的晶圆上制作。为了便于前段有源器件和无源器件制造，砷化镓晶圆的厚度较大，在700 微米左右。前段制作步骤完成后，晶圆要减薄到100 微米或更小，以达成适当的散热和微波传送效率。在晶圆减薄后，进行后段制作步骤包括进一步增强散热和接地的背面穿孔和金属化，即沉积一层金属。在划片后，分离的电路或芯片被焊接到一载具上。载具上需要有预先蚀刻好的薄膜金属连线以达成电路之间的电信号连接。在焊接电路和搭线的过程中还需要细心的维持芯片的位置以保持电路的完整和减少其间的干扰。同时还要注意减小电串联电阻以便降低不该有的散热。在焊接电路或芯片时，一般使用导电浆材料。使用导电浆时，材料中容易出现气泡。这些气泡使芯片和载具之间的导热率降低而使其间的热阻抗增加，并使得从芯片上的散热不均匀。考虑以上，有必要发展另一种芯片的结构和制造，以简化其步骤并维持导热性。对多数的微波集成电路芯片，芯片的大部分表面是用来作无源器件。以一个功率放大器为例，芯片表面只有百分之三到百分之五面积用来作晶体管和开关等有源器件。图2给出一个作发射用的功率放大器微波电路的布局，含有一个输入匹配电路，一个开关，一个放大器，一个偏置控制电路，一个输出匹配电路。点线所示的长方框表示有源器件的有源器件区域。要制作有源器件，先要在基底或晶圆上沉积一复合外延层。对电阻器，电容器，电感器和传送线等的无源器件，不但不需要这复合外延层，它还给这些无源器件的制作带来不便。目前复合外延层多使用分子束外延(MBE)或有机金属化学外延(MOCVD)沉积，沉积完后整个晶圆表面都沉积了复合外延层。为了维持无源器件的功能，必需去除或以离子布植的方式钝化有源器件区之外的复合外延层。使用具有复合外延层的砷化镓基底或晶圆来制造微波集成电路时，为便于处理，砷化镓基底的厚度在700 到1000微米之间。然而，为了减小热阻抗和制作线宽适中而阻抗为50 欧姆的传送线，砷化镓基底的厚度必需减小到100 微米，75微米甚至50 微米。减小基底厚度的步骤中，必需以研磨方法除掉大部分基底背后的材料。研磨掉背面的材料后，还需进行化学蚀刻以改进平整度。因此，使用以沉积在砷化镓基底上的复合外延层来制造微波集成电路后，必需除掉砷化镓基底超过百分之80的起始材料。研磨掉背面的材料还是在化合物状态，但化学蚀刻则产生剧毒而难分离的离子砷。分离离子砷需用成本高的离子交换和过滤的方法。基座减薄并蚀刻后，还要局部通孔并沉积一层厚金属以提高散热率。切割晶圆后芯片粘附到一个载具上以便后续的搭线和测试。在现有的技术中，如图3所示，不同的芯片被粘附到一个载具上而形成一模组。载具一般是表面沉积了有金属图形的介质或是金属。为了维持电特性，粘附过程中芯片必需准确的放置定位并对准载具上已有的金属图像。从以上的说明，有必要发展一种在制作了有源器件和无源器件后，不需要研磨减薄并蚀刻基底晶圆背面的微波集成电路。也有必要发展不含剧毒元素如砷的器件。同时还有必要发展可减少芯片粘附，对准及搭线步骤的微波集成电路以降低制造程序。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是给出一个在制作了有源器件和无源器件后，不需要研磨，减薄并蚀刻基底晶圆背面的微波集成电路；另一个目的是给出一个不含砷元素的器件和微波集成电路，使得微波电路的制作不受砷化镓的限制；第三个目的是给出一个可减少芯片粘附，对准和搭线步骤的微波集成电路。为实现上述目的，本专利技术提供如下所述的技术方案：一种具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其薄膜晶体管由下述所构成： 一个基座，有一基座厚度；一个第一介质层，有第一介质层厚；一个第一栅极，有第一栅极头部和第一栅极根部，该第一栅极部分被嵌在该第一介质层中，该第一栅极根部有第一栅极根部长度及第一栅极根部厚度；一个第三薄介质层，有第三薄介质层厚度；一个第一半导体通道层，有第一半导体通道层厚度，该第一半导体通道层和第一栅极在其栅极长的方向的范围和该第一栅极重叠；一个源极层；一个漏极层；一个第四介质层作为保护和钝化之用，及一层背面金属层等。其第一栅极头部被嵌在该基座中，而第一栅极根部则嵌在该第一介质层中。在该第一介质层上沉积一具有第二介质层厚度的第二介质层，使其第一栅极头部被嵌在该第一介质层中而第一栅极根部则嵌在该第二介质层中，该第二介质层的材料选自下述材料组：氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，氧化铝，氮化铝、氧化铪，氧化镁及其熔合物。所述的第一半导体通道层的材料选自下列材料组：金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物，其中所述的金属则选自下述材料组：铟，锌，锡，镓及其熔合物，该金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物可以溅射，反应溅射，离子溅射，分子束外延生长，金属有机物化学气相沉积生长来完成。在所述的第一半导体通道层上另有一源极突出层和一漏极突出层，以减小漏电并增加击穿电压，其材料选自下列材料组：金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物，其中所述的金属则选自下述材料组：铟，锌，锡，镓及其熔合物，并控制其导电系数以减小该源极及漏极之间的电阻。所述基座，其材料选自下列材料组：氧化铝，二氧化硅及塑料。所述第一介质层，第三薄介质层及第四介质层的材料选自下述材料组：氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，氧化铝，氮化铝、氧化铪，氧化镁及其熔合物。实现本专利技术目的的另一技术方案如下所述：一种具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，且其基座不需以研磨蚀刻打薄，其薄膜晶体管由下述所构成：一个基座，有一基座厚度；一个第一介质层，有第一介质层厚；一个第一栅极，有第一栅极头部和第一栅极根部，该第一栅极头部和第一栅极根部被嵌在该第一介质层中，该第一栅极根部有第一栅极根部长度及第一栅极根部厚度；一个第二薄介质层，有第二薄介质层厚度；一个第一半导体通道层，有第一半导体通道层厚度，该第一半导体通道层和第一栅极在其栅极长的方向的范围和该第一栅极重叠；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有倒反T?形栅极或倒反Г?形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：所述的薄膜晶体管由下述所构成：?一个基座，有一基座厚度；一个第一介质层，有第一介质层厚；一个第一栅极，有第一栅极头部和第一栅极根部，该第一栅极部分被嵌在该第一介质层中，该第一栅极根部有第一栅极根部长度及第一栅极根部厚度；一个第三薄介质层，有第三薄介质层厚度；一个第一半导体通道层，有第一半导体通道层厚度，该第一半导体通道层和第一栅极在其栅极长的方向的范围和该第一栅极重叠；一个源极层；一个漏极层；一个第四介质层作为保护和钝化之用，及一层背面金属层。

【技术特征摘要】
1.一种具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：所述的薄膜晶体管由下述所构成：
 一个基座，有一基座厚度；
一个第一介质层，有第一介质层厚；
一个第一栅极，有第一栅极头部和第一栅极根部，该第一栅极部分被嵌在该第一介质层中，该第一栅极根部有第一栅极根部长度及第一栅极根部厚度；
一个第三薄介质层，有第三薄介质层厚度；
一个第一半导体通道层，有第一半导体通道层厚度，该第一半导体通道层和第一栅极在其栅极长的方向的范围和该第一栅极重叠；
一个源极层；
一个漏极层；
一个第四介质层作为保护和钝化之用，及
一层背面金属层。
2.根据权利要求1所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：其第一栅极头部被嵌在该基座中，而第一栅极根部则嵌在该第一介质层中。
3.根据权利要求1所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：在该第一介质层上沉积一具有第二介质层厚度的第二介质层，使其第一栅极头部被嵌在该第一介质层中而第一栅极根部则嵌在该第二介质层中，该第二介质层的材料选自下述材料组：氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，氧化铝，氮化铝、氧化铪，氧化镁及其熔合物。
4.根据权利要求1所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：所述的第一半导体通道层的材料选自下列材料组：金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物，其中所述的金属则选自下述材料组：铟，锌，锡，镓及其熔合物，该金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物可以溅射，反应溅射，离子溅射，分子束外延生长，金属有机物化学气相沉积生长来完成。
5.根据权利要求1所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：在所述的第一半导体通道层上另有一源极突出层和一漏极突出层，以减小漏电并增加击穿电压，其材料选自下列材料组：金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物，其中所述的金属则选自下述材料组：铟，锌，锡，镓及其熔合物，并控制其导电系数以减小该源极及漏极之间的电阻。
6.根据权利要求1所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：所述基座，其材料选自下列材料组：氧化铝，二氧化硅及塑料。
7.根据权利要求1所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，其特征在于：所述第一介质层，第三薄介质层及第四介质层的材料选自下述材料组：氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，氧化铝，氮化铝、氧化铪，氧化镁及其熔合物。
8.一种具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，且其基座不需以研磨蚀刻打薄，其特征在于：所述的薄膜晶体管由下述所构成：
一个基座，有一基座厚度；
一个第一介质层，有第一介质层厚；
一个第一栅极，有第一栅极头部和第一栅极根部，该第一栅极头部和第一栅极根部被嵌在该第一介质层中，该第一栅极根部有第一栅极根部长度及第一栅极根部厚度；
一个第二薄介质层，有第二薄介质层厚度；
一个第一半导体通道层，有第一半导体通道层厚度，该第一半导体通道层和第一栅极在其栅极长的方向的范围和该第一栅极重叠；
一个源极层；
一个漏极层；
一个第三介质层作为保护和钝化之用，及
一层背面金属层。
9.根据权利要求8所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，且其基座不需以研磨蚀刻打薄，其特征在于：所述的第一半导体通道层的材料选自下列材料组：金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物，其中所述的金属则选自下述材料组：铟，锌，锡，镓及其熔合物，该金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物可以溅射，反应溅射，离子溅射，分子束外延生长，金属有机物化学气相沉积生长来完成。
10.根据权利要求8所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，且其基座不需以研磨蚀刻打薄，其特征在于：在所述第一半导体通道层上另有一源极突出层和一漏极突出层，以减小漏电并增加击穿电压，其材料选自下列材料组：金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物，其中所述的金属则选自下述材料组：铟，锌，锡，镓及其熔合物，并控制其导电系数以减小该源极及漏极之间的电阻。
11.根据权利要求8所述的具有倒反T-形栅极或倒反Г-形栅极及平整通道层的薄膜晶体管的微波毫米波集成电路及功率交换电路，且其基座不需...

【专利技术属性】
技术研发人员：石以瑄，邱树农，吴杰欣，邱星星，石宇琦，
申请(专利权)人：石以瑄，邱树农，邱星星，石宇琦，
类型：发明
国别省市：