氮化物声表面波器件与场效应晶体管的单片集成电路及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化物声表面波器件与场效应晶体管的单片集成电路，主要解决氮化物声表面波器件与场效应晶体管难外延集成的问题。其自下而上包括衬底、成核层、沟道层、插入层、势垒层、压电铁电层。势垒层为钪铟铝镓氮材料，压电铁电层为连续外延单晶钪铝氮材料。沟道层至压电铁电层中的刻蚀凹槽形成分隔区，并填充钝化层；该分隔区一侧的压电铁电层与其上叉指电极构成声表面波器件；另一侧设置欧姆接触区及源、漏电极，并与沟道层至压电铁电层、钝化层、栅电极构成场效应晶体管。本发明专利技术在外延单晶材料上制备氮化物声表面波器件与场效应晶体管的单片集成电路，提高了电路性能及频段、带宽的匹配性能，可用于通信射频前端的信号处理系统。号处理系统。号处理系统。

【技术实现步骤摘要】
氮化物声表面波器件与场效应晶体管的单片集成电路及制作方法


[0001]本专利技术属于半导体器件
，特别涉及一种单片集成电路，可用于通信射频领域前端信号处理系统。

技术介绍

[0002]在微波射频领域，声表面波器件由于小尺寸、低插入损耗、快速滤波响应，普遍与模拟和射频电子器件集成，在射频前端信号处理电路中占重要地位，广泛应用于通信、物联网、传感器和自动驾驶领域。由于AlN材料具有高的机电耦合系数、低的介电损耗和与CMOS工艺兼容，目前，声表面波滤波器压电材料主要采用磁控溅射等物理气相传输淀积方法制备多晶AlN材料。氮化镓基高电子迁移率晶体管GaN HEMT凭借着优异的功率特性和频率特性，被广泛用作微波功率放大器件的固态电子器件之一，在5G通信和信息感知领域占有重要地位。GaN HEMT器件性能的提高可以通过改变势垒层结构来实现，常规的AlGaN势垒向(Sc)AlN势垒发展。
[0003]为了提高射频前端电路对模拟信号的处理能力，将多晶材料氮化物滤波器件与单晶材料氮化物射频器件进行单片外延级集成，是减小电路尺寸和提高电路性能的主要技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化物声表面波器件与场效应晶体管的单片集成电路，自下而上，包括衬底(1)、成核层(2)、沟道层(3)、插入层(4)和势垒层(5)，其特征在于：所述势垒层(5)上增设有压电铁电层(6)，该压电铁电层(6)的上部设置叉指电极和栅电极；所述沟道层(3)、插入层(4)、势垒层(5)和压电铁电层(6)中的刻蚀凹槽形成分隔区，并填充有钝化层(7)；该分隔区一侧的压电铁电层(6)和其上部的叉指电极构成氮化物声表面波器件，该分隔区另一侧设置欧姆接触区及源电极与漏电极，并与沟道层(3)、插入层(4)、势垒层(5)、压电铁电层(6)、钝化层(7)、栅电极构成氮化物场效应晶体管；该氮化物声表面波器件与氮化物场效应晶体管公用压电铁电层(6)，通过分隔区隔离，工作时互不干扰。2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于：所述压电铁电层(6)，采用连续外延的单晶Sc
m
Al
n
N材料，其中组分0<m<0.35，且m+n＝1，厚度为500nm
‑
1500nm；所述势垒层(5)，采用Sc
x
In
y
Al
z
Ga
w
N材料，其中组分0≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z<1，0≤w<1且x+y+z+w＝1，厚度为6nm～30nm。3.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于：所述沟道层(3)，采用GaN材料，厚度为500nm
‑
4000nm；所述成核层(2)，采用AlN材料，厚度为3nm
‑
1000nm；所述插入层(4)，采用AlN材料，厚度为1nm
‑
2nm。4.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于：所述衬底(1)，采用蓝宝石材料、硅材料、碳化硅材料、金刚石材料、氮化镓材料、氮化铝材料、氮化硼材料中的任意一种材料。所述钝化层(7)采用SiN材料、Al2O3材料、HfO2材料中的任意一种材料。5.一种氮化物声表面波器件与场效应晶体管的单片集成电路的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1)使用金属有机物化学气相淀积技术或分子束外延技术，在衬底(1)基片上生长3nm
‑
1000nm的AlN成核层(2)；2)使用金属有机物化学气相淀积方法或分子束外延技术，在AlN成核层(2)上生长500nm
‑
4000nm的GaN沟道层(3)；3)使用金属有机物化学气相淀积方法或分子束外延技术，在GaN沟道层(3)上生长厚度为1nm
‑
2nm的AlN插入层(4)；4)使用金属有机物化学气相淀积方法或分子束外延技术，在AlN插入层(4)上生长厚度为6nm
‑
30nm的势垒层(5)；5)使用金属有机物化学气相淀积方法或分子束外延技术，在势垒层(5)上生长厚度为500nm
‑
1500nm的压电铁电层(6)；6)在压电铁电层(6)上以光刻胶为掩膜，选定场效应晶体管制作区域，使用干法刻蚀工艺，对压电铁电层(6)进行部分减薄至30nm～80nm；7)在减薄的压电铁电层(6)上以光刻胶为掩膜，选定场效应晶体管的源漏欧姆接触区
域，采用干法刻蚀方法，对减薄的压电铁电层(6)进行刻蚀直至沟道层(3)的上部，形成源漏欧姆接触区凹槽；8)使用金属有机物化学气相淀积方法或分子束外延方法在源漏欧姆接触区凹槽中生长Si掺杂n型GaN层，Si的剂量为(0.5
‑
5)
×
10
20
cm
‑3，形成欧姆接触区；9)以光刻胶为掩膜，采用电子束蒸发工艺，在欧姆接触区先淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au，再在830℃氮气气氛下退火，形成源电极和漏电极；10)以光刻胶为掩膜，选定声表面波器件制作区域，采用电子束蒸发工艺，在未减薄的压电铁电层(6)上淀积金属Ti/Au，形成声表面波器件的叉指电极；11)以光刻胶为掩膜，在场效应晶体管区域减薄的压电铁电层(6)上设定栅电极区域，并采用电子束蒸发工艺在该区域淀积金属Ni/Au，形成栅电极；12)以栅电极金属为掩膜，采用感应耦合等离子体刻蚀方法，使用BCl3/Cl2气体源，完全刻蚀场效应晶体管制作区域栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛军帅，吴冠霖，姚佳佳，郭壮，李泽辉，袁金渊，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
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