一种双栅大电阻一体化器件、制备方法及射频前端技术

本发明专利技术公开了一种双栅大电阻一体化器件、制备方法及射频前端，该器件自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、沟道层和势垒层，其中，势垒层上设置有钝化层；钝化层上设置有两个刻蚀至势垒层上表面的凹槽，两个凹槽内分别形成有用做功放的T型射频栅和用作开关的T型直流栅，且T型射频栅和T型直流栅的栅脚插入凹槽，栅帽覆盖于栅脚及凹槽两侧的钝化层上；直流栅连接有阻值大于10kΩ的栅极电阻；在沟道层上且势垒层的两端分别设置有源极和漏极；对T型直流栅施加不同的电压，可控制二维电子气沟道的开启程度，以实现功放器件的增益调节。本发明专利技术可以使得射频前端芯片面积大幅度缩减，且可以提高击穿电压，同时插入损耗减小，隔离度稳定性提高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种双栅大电阻一体化器件、制备方法及射频前端


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种双栅大电阻一体化器件、制备方法及射频前端。

技术介绍

[0002]天线作为接收和发射电磁波信号的元器件，其是手机等一些终端设备的核心配件。5G作为新一代通信技术，随着其频段的增多，带来了许多技术和标准的革新，这也在另一方面导致了天线的设计和制造难度，促使天线往复杂度和集成化高的方向发展。随着射频前端开关电路复杂度的提升，以及面积增大，隔离度和插入损耗会有一定程度的恶化。
[0003]大规模天线技术(Massive MIMO)会使用大量的射频开关。射频开关在电路中实现控制微波信号通道转换的作用，其作用在射频收发前端尤为重要。射频收发前端的结构基本是通过射频开关将功率放大器和低噪声放大器连接。射频开关的隔离度、插入损耗和线性度等性能指标决定了射频接受信号的效果。一般来说，改善射频开关性能可以从两方面着手。一方面可以改变射频开关电路的拓扑结构，2019年土耳其比尔肯特大学电气与电子工程系Sinan Osmanoglu等人对三种不同拓扑结构的基于高功率、低损耗和高隔离GaN高电子迁移率晶体管的单刀双掷射频开关进行设计结果分析和性能测量，分别介绍了三种结构的优劣势；另一方面可以通过改变射频开关的器件结构优化性能，2014年NGES报道了一种基于具有3D栅极的氮化镓超晶格沟道的新型晶体管结构的开发，称为超晶格堞形场效应晶体管(SLCFET)，通过将出色的射频开关性能与基于场效应晶体管的开关的众多理想方面相结合，得到了卓越宽带损耗和隔离性能，以及可靠性高、开关速度快和低功耗的产品。双栅结构方向，2017年西安电子科技大学微电子学院杨凌等人研究了使用双栅极架构的栅极嵌入式高电子迁移率晶体管的亚阈值特性，将其应用于获得较低的亚阈值摆幅；2021年中国台湾林戴杰等人提出了一种双栅极晶体管结构来抑制动态导通电阻增加。在适当的固定电压下，辅助栅极能够诱导额外的电子来补偿主栅极切换期间的沟道载流子损失，从而降低动态导通电阻。
[0004]现有技术无论是优化器件结构还是电路拓扑结构，都只关注于开关器件部分，很少将功放器件考虑进去，实现同时优化。现有技术一方面采用传统的器件互联，面积大，开关速度慢，损耗大；另一方面即使采用双栅结构，并没有将其应用在射频前端的发射模式上，直流栅电阻小，易击穿。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种双栅大电阻一体化器件、制备方法及射频前端。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]一种双栅大电阻一体化器件，自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、沟道层和势垒层，其中，
[0007]所述势垒层上设置有钝化层；
[0008]所述钝化层上设置有两个刻蚀至所述势垒层上表面的凹槽，两个所述凹槽内分别形成有用做功放的T型射频栅和用作开关的T型直流栅，且所述T型射频栅和所述T型直流栅的栅脚插入所述凹槽，栅帽覆盖于所述栅脚及所述凹槽两侧的钝化层上；
[0009]在所述沟道层上且所述势垒层的两端分别设置有源极和漏极；
[0010]所述双栅一体化器件通过所述直流栅连接有阻值大于10kΩ的栅极电阻；
[0011]在所述沟道层上且所述势垒层的两端分别设置有源极和漏极；
[0012]对所述T型直流栅施加不同的电压，可控制二维电子气沟道的开启程度，以实现功放器件的增益调节。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述栅极电阻为金属电阻，所述金属电阻通过在钝化层上的第一预设电阻图形区域上沉积金属而形成；所述第一预设电阻图形区域设置在晶圆上表面的钝化层上且所述源极和所述漏极所在的器件之外。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述金属电阻为NiCr合金薄膜电阻。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述栅极电阻为栅极电阻效果区，所述栅极电阻效果区为通过对晶圆的势垒层表面的第二预设电阻图形区域外及所述源极和所述漏极所在的器件之外的晶圆注入离子而形成的第二预设电阻图形区域所包含的晶圆部分。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述T型直流栅与所述栅极电阻之间通过互联金属实现互联。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述钝化层的材料为SiN，厚度为120nm。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述T型射频栅和所述T型直流栅的材料均为Ni/Au，其中Ni厚度为45nm，Au厚度为400nm。
[0019]一种双栅大电阻一体化器件的制备方法，包括：
[0020]获取晶圆，所述晶圆自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、沟道层和势垒层；
[0021]在所述势垒层上的源极图形区和漏极图形区制备源极和漏极；
[0022]在所述势垒层上及所述源极和所述漏极上生长钝化层；
[0023]将覆盖所述源极和所述漏极的钝化层刻蚀掉，露出所述源极和所述漏极；
[0024]在所述钝化层上刻蚀两个深度至所述势垒层上表面的凹槽，在两个所述凹槽内分别进行栅极金属蒸发，以形成用做功放的T型射频栅和用作开关的T型直流栅，所述T型射频栅和所述T型直流栅的栅脚插入所述凹槽，栅帽覆盖于所述栅脚及所述凹槽两侧的钝化层上；所述T型直流栅用于当对其施加不同的电压时，控制二维电子气沟道的开启程度，以实现功放器件的增益调节；
[0025]在所述钝化层上的第一预设电阻图形区域上沉积金属形成栅极电阻，且所述栅极电阻的阻值大于10kΩ；所述第一预设电阻图形区域设置在晶圆上表面的钝化层上且所述源极和所述漏极所在的器件之外；
[0026]在所述T型直流栅和所述栅极电阻之间淀积互联金属以实现所述直流栅和所述栅极电阻的互联。
[0027]一种双栅大电阻一体化器件的制备方法，包括：
[0028]获取晶圆，所述晶圆自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、沟道层和势垒层；
[0029]在所述势垒层上的源极图形区和漏极图形区制备源极和漏极；
[0030]在所述势垒层表面的第二预设电阻图形区域外及所述源极和所述漏极所在的器
件之外的晶圆注入离子，第二预设电阻图形区域所包含的晶圆部分形成栅极电阻效果区；
[0031]在所述势垒层上及所述源极和所述漏极上生长钝化层；
[0032]将覆盖所述源极和所述漏极的钝化层刻蚀掉，露出所述源极和所述漏极；
[0033]在所述钝化层上刻蚀两个深度至所述势垒层上表面的凹槽，在两个所述凹槽内分别进行栅极金属蒸发，以形成用做功放的T型射频栅和用作开关的T型直流栅，所述T型射频栅和所述T型直流栅的栅脚插入所述凹槽，栅帽覆盖于所述栅脚及所述凹槽两侧的钝化层上；且所述T型直流栅与所述栅极电阻效果区相连接；所述T型直流栅用于当对其施加不同的电压时，控制二维电子气沟道的开启程度，以实现功放器件的增益调节。
[0034]一种射频前端，包括：上面任一项所述的双栅大电阻一体化器件、上面任一项所述的制备方法制备的双栅大电阻一体化器件。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双栅大电阻一体化器件，其特征在于，自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、沟道层和势垒层，其中，所述势垒层上设置有钝化层；所述钝化层上设置有两个刻蚀至所述势垒层上表面的凹槽，两个所述凹槽内分别形成有用做功放的T型射频栅和用作开关的T型直流栅，且所述T型射频栅和所述T型直流栅的栅脚插入所述凹槽，栅帽覆盖于所述栅脚及所述凹槽两侧的钝化层上；所述直流栅连接有阻值大于10kΩ的栅极电阻；在所述沟道层上且所述势垒层的两端分别设置有源极和漏极；对所述T型直流栅施加不同的电压，可控制二维电子气沟道的开启程度，以实现功放器件的增益调节。2.根据权利要求1所述的一种双栅大电阻一体化器件，其特征在于，所述栅极电阻为金属电阻，所述金属电阻通过在所述钝化层上的第一预设电阻图形区域上沉积金属而形成；所述第一预设电阻图形区域设置在晶圆上表面的钝化层上且所述源极和所述漏极所在的器件之外。3.根据权利要求2所述的一种双栅大电阻一体化器件，其特征在于，所述金属电阻为NiCr合金薄膜电阻。4.根据权利要求1所述的一种双栅大电阻一体化器件，其特征在于，所述栅极电阻为栅极电阻效果区，所述栅极电阻效果区为通过对晶圆的势垒层表面的第二预设电阻图形区域外及所述源极和所述漏极所在的器件之外的晶圆注入离子而形成的第二预设电阻图形区域所包含的晶圆部分。5.根据权利要求2所述的一种双栅大电阻一体化器件，其特征在于，所述T型直流栅与所述栅极电阻之间通过互联金属实现互联。6.根据权利要求1所述的一种双栅大电阻一体化器件，其特征在于，所述钝化层的材料为SiN，厚度为120nm。7.根据权利要求1所述的一种双栅大电阻一体化器件，其特征在于，所述T型射频栅和所述T型直流栅的材料均为Ni/Au，其中Ni厚度为45nm，Au厚度为400nm。8.一种双栅大电阻一体化器件的制备方法，其特征在于，包括：获取晶圆，所述晶圆自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、沟道层和势垒层；在所述势垒层上的源极图形区和漏极图形区制备源极和漏极；在所述势垒层上及所述源...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹旭，张濛，马晓华，武玫，侯斌，杨凌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：