一种集成式硅基芯片及其制作方法、集成电路技术

本申请公开了一种集成式硅基芯片及其制作方法、集成电路，集成式硅基芯片包括：硅衬底、基于硅的控制电路、砷化镓外延结构、砷化镓高电子迁移率晶体管和匹配电路；硅衬底被划分为硅器件区域和砷化镓器件区域；基于硅的控制电路，设置在硅衬底上，对应设置在硅器件区域；砷化镓外延结构，设置在硅衬底上，对应砷化镓器件区域；砷化镓高电子迁移率晶体管，设置在砷化镓外延结构上；以及匹配电路，设置在砷化镓外延结构上；基于硅的控制电路与砷化镓高电子迁移率晶体管电连接；匹配电路与砷化镓高电子迁移率晶体管电连接。可以将基于硅的控制电路、砷化镓高电子迁移率晶体管和匹配电路集成到一个芯片上。到一个芯片上。到一个芯片上。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式硅基芯片及其制作方法、集成电路


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种集成式硅基芯片及其制作方法、集成电路。

技术介绍

[0002]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
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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。
[0003]砷化镓(GaAs)化合物半导体是无线通信系统射频功率放大器的主要材料之一，由于其高电子迁移率，在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。用于制作异质结双接型晶体管(GaAs HBT)和高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT),广泛应用于移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等设备系统。
[0004]目前，各种射频前端芯片由不同厂家生产，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，连接不同的芯片会增加装配复杂性，还会提高芯片的尺寸和成本。
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技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供一种集成式硅基芯片及其制作方法、集成电路，将基于硅的控制电路、砷化镓高电子迁移率晶体管和匹配电路集成到一个芯片上。
[0006]本申请公开了一种集成式硅基芯片，包括：硅衬底、基于硅的控制电路、砷化镓外延结构、砷化镓高电子迁移率晶体管和匹配电路；所述硅衬底被划分为硅器件区域和砷化镓器件区域；基于硅的控制电路，设置在硅衬底上，对应设置在所述硅器件区域；砷化镓外延结构，设置在硅衬底上，对应所述砷化镓器件区域；砷化镓高电子迁移率晶体管，设置在砷化镓外延结构上；以及匹配电路，设置在砷化镓外延结构上；所述基于硅的控制电路与所述砷化镓高电子迁移率晶体管电连接；所述匹配电路与所述砷化镓高电子迁移率晶体管电连接。
[0007]可选的，砷化镓高电子迁移率晶体管包括：栅极、源极和漏极，设置在所述外延结构的上方；钝化层，设置在所述栅极、源极和漏极的上方；第一金属层，设置在所述钝化层的上方，与所述源极和漏极相连；第二金属层，与所述第一金属层连接，且设置在所述第一金属层的上方；所述匹配电路包括相连接的电感和电容，所述电感包括：电感绕线，设置在所述钝化层的上方；以及电感端口，设置在所述电感绕线的上方，与所述电感绕线的端部连
接；所述电容包括：下电极，设置在所述钝化层的上方；电容介质，设置在所述下电极上；以及上电极，设置在所述电容介质的上方；其中，所述第二金属层与所述电感端口、所述上电极耦合；所述电感绕线、所述下电极与所述第一金属层采用同一制成形成；所述电感端口、所述第二金属层和上电极通过同一道制程形成。
[0008]可选的，所述第二金属层与所述电感端口通过金属导线相连或通过空气桥耦合，所述电感端口与所述上电极通过金属导线相连或通过空气桥耦合。
[0009]可选的，所述钝化层包括第一钝化层和第二钝化层；第一钝化层设置在所述外延结构上；第二钝化层设置在所述第一钝化层上；所述源极、所述漏极和所述栅极分别贯穿所述第一钝化层与所述外延结构连接；
[0010]所述第一金属层设置在所述源极和漏极的上方，贯穿所述第二钝化层，且分别与所述源极和漏极连接；所述砷化镓高电子迁移率晶体管还包括金属间电介质，设置在所述第二钝化层上；所述第二金属层设置在所述金属间电介质的上方，贯穿所述金属间电介质，且分别与所述第一金属层连接；所述电感绕线设置在所述第二钝化层上；
[0011]所述电感端口设置在所述金属间电介质的上方，包括电感输入电极和电感输出电极，所述电感输入电极与所述电感绕线的一端连接，所述电感输出电极与所述电感绕线的另一端连接；所述下电极设置在所述第二钝化层上；所述电容介质设置在所述下电极和金属间电介质之间；以及所述上电极设置在所述金属间电介质的上方，所述上电极包括电容输入电极和电容输出电极，所述电容输入电极贯穿所述金属间电介质和电容介质，与所述下电极连接；所述电容输出电极贯穿所述金属间电介质，与所述电容介质连接；其中，所述电感输入电极与所述漏极上方的第二金属层通过金属导线相连或通过空气桥连接，所述电感输出电极与所述电容输入电极通过金属导线相连或通过空气桥连接。
[0012]可选的，所述匹配电路包括输入匹配电路和输出匹配电路；输入信号通过所述输入匹配电路传至所述砷化镓高电子迁移率晶体管；从所述输出匹配电路输出。
[0013]可选的，所述基于硅的控制电路包括：N型MOS管和P型MOS 管；所述N型MOS管的源极连接至P型MOS管的漏极。
[0014]可选的，所述砷化镓外延结构包括：缓冲层，设置在硅衬底上；超晶格层，设置在所述缓冲层上；第一隔离层，设置在所述超晶格层；沟道层，设置在所述第一隔离层；第二隔离层，设置在所述沟道层上；势垒层，设置在所述第二隔离层上；盖帽层，设置在所述势垒层上。
[0015]本申请还公开了一种集成式硅基芯片的制作方法，包括步骤：
[0016]在晶圆上划分硅器件区域和砷化镓器件区域；
[0017]在硅衬底对应砷化镓器件区域上形成砷化镓外延结构；
[0018]在砷化镓外延结构上形成砷化镓高电子迁移率晶体管和匹配电路；
[0019]在硅衬底对应硅器件区域形成基于硅的控制电路；
[0020]形成所述基于砷化镓高电子迁移率晶体管、所述匹配电路和所述基于硅的控制电路之间的金属互连层。
[0021]可选的，所述在砷化镓外延结构上形成砷化镓高电子迁移率晶体管和匹配电路的步骤中包括步骤：
[0022]在所述外延结构上制作砷化镓高电子迁移率晶体管中的源极、漏极、栅极和钝化
层；
[0023]在所述钝化层上同步形成砷化镓高电子迁移率晶体管中的第一金属层、电感中的电感绕线和电容中的下电极；以及
[0024]同步形成砷化镓高电子迁移率晶体管中的第二金属层、电感中的电感端口和电容中的上电极；
[0025]其中，所述第二金属层与所述第一金属层连接，所述电感端口与所述电感绕线的端部连接；所述第二金属层与所述电感端口、所述上电极耦合；
[0026]所述匹配电路包括电感和电容。
[0027]本申请还公开了一种集成电路，包括晶圆和上述的集成式硅基芯片，所述集成式硅基芯片设置在所述晶圆上。
[0028]相对于示例性将基于GaAs的器件(如半导体或光电芯片等砷化镓器件)与基于Si的器件(如控制或驱动芯片等硅器件)是分别制作完成的技术方案来说，本申请提出将砷化镓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式硅基芯片，其特征在于，包括：硅衬底，所述硅衬底被划分为硅器件区域和砷化镓器件区域；基于硅的控制电路，设置在所述硅衬底上，对应设置在所述硅器件区域；砷化镓外延结构，设置在所述硅衬底上，对应所述砷化镓器件区域；砷化镓高电子迁移率晶体管，设置在所述砷化镓外延结构上；以及匹配电路，设置在所述砷化镓外延结构上；所述基于硅的控制电路与所述砷化镓高电子迁移率晶体管电连接；所述匹配电路与所述砷化镓高电子迁移率晶体管电连接。2.根据权利要求1所述的一种集成式硅基芯片，其特征在于，砷化镓高电子迁移率晶体管包括：栅极、源极和漏极，设置在所述外延结构的上方；钝化层，设置在所述栅极、所述源极和所述漏极的上方；第一金属层，设置在所述钝化层的上方，与所述源极和所述漏极相连；第二金属层，与所述第一金属层连接，且设置在所述第一金属层的上方；所述匹配电路包括相连接的电感和电容，所述电感包括：电感绕线，设置在所述钝化层的上方；以及电感端口，设置在所述电感绕线的上方，与所述电感绕线的端部连接；所述电容包括：下电极，设置在所述钝化层的上方；电容介质，设置在所述下电极上；以及上电极，设置在所述电容介质的上方；其中，所述第二金属层与所述电感端口、所述上电极耦合；所述电感绕线、所述下电极与所述第一金属层采用同一制成形成；所述电感端口、所述第二金属层和所述上电极通过同一道制程形成。3.根据权利要求2所述的一种集成式硅基芯片，其特征在于，所述第二金属层与所述电感端口通过金属导线相连或通过空气桥耦合，所述电感端口与所述上电极通过金属导线相连或通过空气桥耦合。4.根据权利要求2所述的一种集成式硅基芯片，其特征在于，所述钝化层包括第一钝化层和第二钝化层；所述第一钝化层设置在所述外延结构上；所述第二钝化层设置在所述第一钝化层上；所述源极、所述漏极和所述栅极分别贯穿所述第一钝化层与所述外延结构连接；所述第一金属层设置在所述源极和所述漏极的上方，贯穿所述第二钝化层，且分别与所述源极和所述漏极连接；所述砷化镓高电子迁移率晶体管还包括金属间电介质，设置在所述第二钝化层上；所述第二金属层设置在所述金属间电介质的上方，贯穿所述金属间电介质，且分别与所述第一金属层连接；所述电感绕线设置在所述第二钝化层上；所述电感端口设置在所述金属间电介质的上方，包括电感输入电极和电感输出电极，所述电感输入电极与所述电感绕线的一端连接，所述电感输出电极与所述电感绕线的另一
端连接；所述下电极设置在所述第二钝化层上；所述电容介质设...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊永辉，许明伟，樊晓兵，
申请(专利权)人：深圳市汇芯通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：