GaAs‑Ge‑GaAs异质结构的SPiN二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种GaAs‑Ge‑GaAs异质结构的SPiN二极管及其制备方法。该制备方法包括：(a)选取GeOI衬底；(b)刻蚀所述GeOI衬底的顶层Ge层以在所述顶层Ge层内形成第一沟槽和第二沟槽；(c)在所述第一沟槽和所述第二沟槽内淀积GaAs材料；(d)利用离子注入工艺对所述第一沟槽内的GaAs材料进行P型离子注入形成P型有源区，对所述第二沟槽内的GaAs材料进行N型离子注入形成N型有源区；(e)在所述P型有源区和所述N型有源区表面形成引线孔并溅射金属形成所述GaAs‑Ge‑GaAs异质结构的SPiN二极管。本发明专利技术实施例利用深槽隔离技术及离子注入工艺能够制备并提供适用于形成固态等离子天线的高性能Ge基SPiN二极管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，特别涉及一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管及其制备方法。
技术介绍
目前，国内外应用于等离子可重构天线的SPiN二极管采用的材料均为体硅材料，此材料存在本征区载流子迁移率较低问题，影响SPiN二极管本征区载流子浓度，进而影响其固态等离子体浓度；并且该结构的P区与N区大多采用注入工艺形成，此方法要求注入剂量和能量较大，对设备要求高，且与现有工艺不兼容；而采用扩散工艺，虽结深较深，但同时P区与N区的面积较大，集成度低，掺杂浓度不均匀，影响SPiN二极管的电学性能，导致固态等离子体浓度和分布的可控性差。因此，选择何种材料及工艺来制作一种SPiN二极管以应用于固态等离子天线就变得尤为重要。
技术实现思路
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本专利技术提出一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管及其制备方法。具体地，本专利技术实施例提出的一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管的制备方法，所述GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管用于制作固态等离子天线，所述制备方法包括步骤：(a)选取GeOI衬底，(b)刻蚀所述GeOI衬底的顶层Ge层以在所述顶层Ge层内形成第一沟槽和第二沟槽；(c)在所述第一沟槽和所述第二沟槽内淀积GaAs材料；(d)利用离子注入工艺对所述第一沟槽内的GaAs材料进行P型离子注入形成P型有源区，对所述第二沟槽内的GaAs材料进行N型离子注入形成N型有源区；(e)在所述P型有源区和所述N型有源区表面形成引线孔并溅射金属形成所述GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管。在本专利技术的一个实施例中，在步骤(b)之前，还包括：(x1)在所述GeOI衬底表面淀积第一保护层；(x2)采用第一掩膜版，利用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一保护层及所述GeOI衬底以在所述GeOI衬底内形成隔离沟槽；(x3)利用CVD工艺在所述隔离沟槽内填充隔离材料；(x4)利用CMP工艺去除所述第一保护层及所述隔离沟槽外的所述隔离材料形成所述GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管的隔离区。在本专利技术的一个实施例中，步骤(x1)包括：(x11)在所述GeOI衬底表面生成SiO2材料形成第一SiO2层；(x12)在所述第一SiO2层表面生成SiN材料形成第一SiN层以最终形成所述第一保护层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)在所述GeOI衬底表面形成第二保护层；(b2)采用第二掩膜版，利用各向异性刻蚀工艺刻蚀所述第二保护层及所述顶层Ge层以在所述顶层Ge层形成所述第一沟槽和所述第二沟槽。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b1)包括：(b11)在所述GeOI衬底表面生成SiO2材料形成第二SiO2层；(b12)在所述第二SiO2层表面生成SiN材料形成第二SiN层以最终形成所述第二保护层。在本专利技术的一个实施例中，在步骤(c)之前，还包括：(y1)在800℃～900℃下，氧化所述第一沟槽和所述第二沟槽以在所述第一沟槽和所述第二沟槽的内壁形成氧化层；(y2)利用湿法刻蚀工艺，刻蚀所述第一沟槽和所述第二沟槽内壁的氧化层以完成所述第一型沟槽和所述第二沟槽内壁的平整化。在本专利技术的一个实施例中，步骤(c)包括：(c1)利用MOCVD工艺，在所述第一沟槽和所述第二沟槽内淀积GaAs材料；(c2)利用CMP工艺，去除所述第一沟槽和所述第二沟槽外一定厚度的GaAs材料以完成所述第一沟槽和所述第二沟槽的平整化。在本专利技术的一个实施例中，步骤(d)包括：(d1)采用第三掩膜版，利用离子注入工艺对所述第一沟槽内的GaAs材料进行B离子注入形成所述P型有源区；(d2)采用第四掩膜版，利用离子注入工艺在所述第二沟槽内的GaAs材料进行P离子注入形成所述N型有源区；(d3)在所述P型有源区和所述N型有源区表面淀积SiO2材料，利用退火工艺激活所述P型有源区和所述N型有源区的杂质；(d4)去除SiO2材料。在本专利技术的一个实施例中，步骤(e)包括：(e1)在整个衬底表面淀积SiO2材料；(e2)采用第五掩膜版，利用各向异性刻蚀工艺，刻蚀所述P型有源区和所述N型有源区表面部分位置的SiO2材料形成所述引线孔；(e3)在所述引线孔中溅射金属材料；(e4)钝化处理并光刻PAD以形成所述GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管。此外，本专利技术另一实施例提出的一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管，用于制作固态等离子天线，所述GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管采用上述任意方法实施例制得。由上可知，本专利技术实施例通过对SPiN二极管采用了异质结结构，从而提高了载流子的注入效率和电流，故使异质锗基SPiN二极管的性能优于同质SPiN二极管。并且，多晶GaAs材料和Ge的晶格失配特别小，所以异质结界面处的界面太特别小，故提高了器件的性能。另外，常规制作SPiN二极管的P区与N区的制备工艺中，均采用注入工艺形成，此方法要求注入剂量和能量较大，对设备要求高，且与现有工艺不兼容；而采用扩散工艺，虽结深较深，但同时P区与N区的面积较大，集成度低，掺杂浓度不均匀，影响SPiN二极管的电学性能，导致固态等离子体浓度和分布的可控性差。通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1为本专利技术实施例的一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管的制作方法流程图；图2a-图2r为本专利技术实施例的一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN的制备方法示意图；图3为本专利技术实施例的一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管的器件结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术提出了一种适用于形成固态等离子体可重构天线的GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管的制备方法及器件。该GaAs-Ge-GaAs异质结构是基于绝缘衬底上的锗(Germanium-On-Insulator，简称GeOI)形成横向PiN二极管，其在加直流偏压时，直流电流会在其表面形成自由载流子(电子和空穴)组成的固态等离子体，该等离子体具有类金属特性，即对电磁波具有反射作用，其反射特性与表面等离子体的微波传输特性、浓度及分布密切相关。GeOI横向SPiN二极管等离子可重构天线可以是由GeOI横向SPiN二极管按阵列排列组合而成，利用外部控制阵列中的SPiN二极管选择性导通，使该阵列形成动态固态等离子体条纹、具备天线的功能，对特定电磁波具有发射和接收功能，并且该天线可通过阵列中SPiN二极管的选择性导通，改变固态等离子体条纹形状及分布，从而实现天线的重构，在国防通讯与雷达技术方面具有重要的应用前景。以下，将对本专利技术制备的GeOI基SPiN二极管的工艺流程作进一步详细描述。在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaAs‑Ge‑GaAs异质结构的SPiN二极管的制备方法，其特征在于，包括：(a)选取GeOI衬底；(b)刻蚀所述GeOI衬底的顶层Ge层以在所述顶层Ge层内形成第一沟槽和第二沟槽；(c)在所述第一沟槽和所述第二沟槽内淀积GaAs材料；(d)利用离子注入工艺对所述第一沟槽内的GaAs材料进行P型离子注入形成P型有源区，对所述第二沟槽内的GaAs材料进行N型离子注入形成N型有源区；(e)在所述P型有源区和所述N型有源区表面形成引线孔并溅射金属形成所述GaAs‑Ge‑GaAs异质结构的SPiN二极管。

【技术特征摘要】
1.一种GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管的制备方法，其特征在于，包括：(a)选取GeOI衬底；(b)刻蚀所述GeOI衬底的顶层Ge层以在所述顶层Ge层内形成第一沟槽和第二沟槽；(c)在所述第一沟槽和所述第二沟槽内淀积GaAs材料；(d)利用离子注入工艺对所述第一沟槽内的GaAs材料进行P型离子注入形成P型有源区，对所述第二沟槽内的GaAs材料进行N型离子注入形成N型有源区；(e)在所述P型有源区和所述N型有源区表面形成引线孔并溅射金属形成所述GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(b)之前，还包括：(x1)在所述GeOI衬底表面淀积第一保护层；(x2)采用第一掩膜版，利用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一保护层及所述GeOI衬底以在所述GeOI衬底内形成隔离沟槽；(x3)利用CVD工艺在所述隔离沟槽内填充隔离材料；(x4)利用CMP工艺去除所述第一保护层及所述隔离沟槽外的所述隔离材料形成所述GaAs-Ge-GaAs异质结构的SPiN二极管的隔离区。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(x1)包括：(x11)在所述GeOI衬底表面生成SiO2材料形成第一SiO2层；(x12)在所述第一SiO2层表面生成SiN材料形成第一SiN层以最终形成所述第一保护层。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)包括：(b1)在所述GeOI衬底表面形成第二保护层；(b2)采用第二掩膜版，利用各向异性刻蚀工艺刻蚀所述第二保护层及所述顶层Ge层以在所述顶层Ge层形成所述第一沟槽和所述第二沟槽。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(b1)包括：(b11)在所述GeOI衬底表面生成SiO2材料形成第二SiO2层；(b12)在所述第二SiO2层表面生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，苏汉，王禹，胡辉勇，杨佳音，张鹤鸣，宋建军，舒斌，宣荣喜，苗渊浩，郝敏如，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61