专利名称：实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体器件技术领域，特别是指一种利用GaAs 基E/D PHEMT技术实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法。
背景技术：
微波开关是许多微波系统中的关键电路，其应用领域覆盖了从精 密的空间通信系统，到常见的手机等电子产品。只要我们将射频信号 从一个通道切换至另一个通道，或者仅仅是需要改变射频信号的通断 状态时，就需要使用微波开关。高性能、体积小、具有通用性的微波 开关广泛应用于各种微波系统。
微波开关在使用中需要用逻辑电路控制其通断状态。 一个方法是 将两部分电路用不同的芯片实现，通过引线连接逻辑电路输出端口与 微波开关的控制电压端口，目前许多微波系统仍采用这种方案。但是， 当开关通道较多时，所需的控制信号位数也会相应增加。
以多波段微波开关为例，该开关为了满足手机收发电路切换及 GSM和UMTS等频段间转换，设计为单刀7掷开关(SP7T)。这意味 着至少需要7位控制信号才能保证开关正常工作，这还不包括开关电 路较复杂时所需要的额外控制信号，如果逻辑控制电路与开关仍是分 立的芯片，这两个电路间的引线将异常复杂，而且过多的焊盘会浪费 大部分芯片面积。
这样的方案对于要求体积小、成本低的手机等系统来说无疑是不 合适的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
4有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种使用GaAs E/D PHEMT技术实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，用 以解决在复杂的手机系统中，过多的控制信号引线导致大量的焊盘， 浪费大部分芯片面积的问题，同时采用单电源供电，极大的降低手机 的功耗，制作成内置反相器逻辑电路的SPDTMMIC，有效的减少开关 电路的控制端口数目。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种实现微波开关及其逻辑控制 电路单片集成的制作方法，该方法包括
对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行预处理； 对源漏进行光刻，蒸发Ti/Pt/Au形成欧姆接触，实现源漏的制备； 腐蚀InGaAs帽层，形成增强型栅极，实现栅极的制备； 采用PECVD生长一层SiN介质，溅射NiCr合金制作电阻； 亥lj孔，蒸发一次布线金属，再长介质SiN，再进行光刻二次布线 Ti/Au;
常规金属剥离形成金属图形。
上述方案中，所述对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行 预处理具体包括对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行腐蚀 隔离，丙酮冲洗，乙醇清洗，水冲洗6遍，120。C烘箱10分，130。C走 程序，991原胶3000转/分，涂1分，厚度1.5nm， 95。C热板，90s,正 胶显影液显60s，水冲洗，吹干，打底胶RIE02，流量60sccm，功率 20W， 120秒，HCL : H20=1 : 10，漂10s，去除表面氧化层，测台阶 高度，采用腐蚀液H3P04:H202:H2O3:l:50进行腐蚀，腐蚀时间40s， 监测电流及岛高，漂酸，丙酮去胶，清洗，吹干。
上述方案中，所述对源漏进行光刻，蒸发Ti/Pt/Au形成欧姆接触， 实现源漏的制备包括涂胶原胶AZ5214， 3500转/分，涂1分，厚度 1.6 um, 95。C热板，90秒，源漏版，小机器曝光20秒，AZ5214显影 液显60s，水冲洗，打底胶30s， H3P04 : H20 =1 : 15，漂20s去除氧 化层，丙酮剥离。上述方案中，所述腐蚀InGaAs帽层，形成增强型栅极，实现栅极 的制备包括涂胶AZ5206， 3000转/分，涂1分，厚度1.4um， 95°C 热板，90s，栅金属版，大机器曝光2.1s，挖栅槽，柠檬酸双氧水= 1:1，腐蚀InGaAs帽层，形成增强耗尽型栅极，蒸发栅金属Ti/Pt/Au， 丙酮剥离，其中，Ti的厚度为200 A， Pt的厚度为500 A， Au的厚度 为3000 A。
上述方案中，所述采用PECVD生长一层SiN介质的步骤中SiN 介质的厚度为2000埃。
上述方案中，所述溅射NiCr合金制作电阻的步骤包括涂AZ5214 胶，4000转/分，60秒，1.5 um，热板95。C，烘90秒，光亥U，反转， 泛曝光，采用SP-3型磁控溅射机，溅射厚度为870A的NiCr合金。
上述方案中，所述刻孔，蒸发一次布线金属，再长介质SiN，再进 行光刻二次布线Ti/Au的步骤包括
在02氛围下进行等离子光刻RIE，流量60sccm，功率20W;
光刻布线，蒸发第一次布线金属Ti/Au，剥离；
采用PECVD生长厚度为3000埃的介质SiN，在SF6气体氛围下 进行等离子光刻进行二次刻孔，流量30sccm，功率30W;
光刻布线，蒸发第二次布线金属Ti/Au，其中Ti的厚度为1000埃， Au的厚度为10000埃。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 1 、利用本发明提供的采用E/D PHEMT技术实现微波开关及其逻辑 控制电路单片集成的制作方法，实现了逻辑电路与幵关电路单片集成， 成功的将全耗尽型微波开关与反相器集成于同一芯片内。
2、 利用本发明提供的采用E/DPHEMT技术实现微波开关及其逻辑 控制电路单片集成的制作方法，有效的减少了开关控制电路的控制端 口数目。
3、 利用本发明提供的采用E/DPHEMT技术实现微波开关及其逻辑 控制电路单片集成的制作方法，使得整个开关电路只需要l位控制信号，开关电路之间的引线比较简单，节省了芯片面积。
4、 本发明提供的采用E/D PHEMT技术实现微波开关及其逻辑控 制电路单片集成的制作方法，具有成效明显，工艺简单易行，经济适 用和可靠性强的优点，容易在微波、毫米波化合物半导体器件制作中 采用和推广。
5、 本发明提供的采用E/D PHEMT技术实现微波开关及其逻辑控 制电路单片集成的制作方法，采用自主1.0nmGaAsE/DPHEMT工艺， 将逻辑电路与SPDT开关电路集成在一起，成功的将解码器的功能集 成于微波开关芯片内，有效的减少了开关电路的控制端口数目，节省 了芯片面积，适用于要求体积小、成本低的手机等系统。
图1为本发明采用D-PHEMT技术实现的单刀双掷开关电路原理
图2为本发明采用的反相器的原理图3为本发明提供的实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的 制作方法流程图4为依照本发明实施例实现微波开关及其逻辑控制电路单片集 成的制作方法流程图5为利用E/D PHEMT技术设计的整合SPDT MMIC电路的结构 示意图6为利用E/D PHEMT工艺技术制备的整合SPDT MMIC芯片 照片。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种采用E/D PHEMT技术实现微波开关及其逻辑 控制电路单片集成的制作方法，考虑到E/D PHEMT工艺和整合电路测 试两方面的要求，利用E/DPHEMT材料和工艺，制成DCFL结构的反
7相器，单刀双掷开关的控制信号端与所述反相器的输入、输出端在芯 片上实现连接，等效于解码器内置于开关电路，从而减少单刀双掷开 关控制端口数目，整个电路只需要一路控制信号。
图1示出了本发明的采用D-PHEMT技术实现的单刀双掷开关电 路原理图，图2示出了本发明采用的反相器的原理图。反相器对输入 低电平的宽容度很高，电路对增强型PHEMT阈值电压的漂移不敏感， 该电路结构输入输出逻辑电平相容，仅需单电源供电。
具体来说，本发明提供的这种实现微波开关及其逻辑控制电路单 片集成的制作方法，首先进行E/D PHEMT器件研制、定型；然后 PHEMT等效电路参数提取；开关电路设计；单片电路制作，基于自主 开发的E/DPHEMT工艺。
如图3所示，图3为本发明提供的实现微波开关及其逻辑控制电
路单片集成的制作方法流程图，该方法包括
步骤301:对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行预处理； 步骤302:对源漏进行光刻，蒸发Ti/Pt/Au形成欧姆接触，实现源
漏的制备；
步骤303:腐蚀InGaAs帽层，形成增强型栅极，实现栅极的制备； 步骤304:采用PECVD生长一层SiN介质，溅射NiCr合金制作 电阻；
步骤305:亥lj孔，蒸发一次布线金属，再长介质SiN，再进行光刻 二次布线Ti/Au;
步骤306:常规金属剥离形成金属图形，实现微波开关及其逻辑控 制电路单片集成的制作。
如图4所示，图4为依照本发明实施例实现微波开关及其逻辑控
制电路单片集成的制作方法流程图，该方法包括
步骤401:对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行预处理 腐蚀隔离，丙酮冲洗，乙醇清洗，水冲洗6遍，120。C烘箱10分，130°C 走程序，991原胶3000转/分，涂1分，厚度约1.5ym， 95。C热板，90s，正胶显影液显60s左右，水冲洗，吹干，打底胶RIE02， 60sccm流量， 功率20W， 120秒，HCL : H20=l : 10，漂10s，去除表面氧化层，测 台阶高度，腐蚀，腐蚀液H3PO4:H2O2:H2O=3:l:50 ，腐蚀InGaAs， InAlAs，腐蚀时间40s左右，监测电流及岛高，漂酸，丙酮去胶，清洗， 吹干；
步骤402:源漏制备，涂胶AZ5214 (原胶)，3500转/分，涂1分， 厚度约1.6n m， 95。C热板，90秒，源漏版，小机器曝光20秒左右，AZ5214 显影液显60s左右，水冲洗，打底胶30s， H3P04 : H20=1 : 15 ，漂20s 去除氧化层，丙酮剥离；
步骤403:栅极制备，涂胶AZ5206， 3000转/分，涂1分，厚度约1.4 ym， 95。C热板，90s，栅金属版，大机器曝光2.1s左右，挖栅槽，拧 檬酸双氧水=1 : 1，腐蚀InGaAs帽层，形成增强耗尽型栅极，蒸发 栅金属Ti (200 A) /Pt (500 A) /Au (3000 A)，丙酮剥离;
步骤404:钝化介质生长，PECVD生长介质SiN2000 A;
步骤405:电阻制备，涂AZ5214胶，4000转/分，60秒，1.5 um， 热板95t:，烘90秒，光刻，反转，泛曝光，SP-3型磁控溅射机，溅射 NiCr合金厚度为870A;
步骤406: —次刻孔，RIE02流量60sccm，功率20W;
步骤407:光刻布线，蒸发第一次布线金属Ti/Au，剥离；
步骤408: PECVD生长介质SiN3000 A， 二次刻孔，R正，SF6气体， 流量30sccm，功率30W;
步骤409:光刻布线，蒸发第二次布线金属Ti( 1000A)/Au( 10000A)。
步骤410:常规金属剥离形成金属图形，实现微波开关及其逻辑控 制电路单片集成的制作。
如图5所示，图5示出了利用E/D PHEMT技术设计的整合SPDT MMIC电路的结构示意图，该电路由基于全耗尽型GaAs PHEMT单刀双 掷开关和基于DCFL的反相器电路构成，并将两者单片集成，为了将增 强型器件与耗尽型器件电平相容，采用0V和一3V分别作为电路的高低 电平，反相器VDD直流端接OV，原接地端接一3V，从而电平相容，整
9个电路只需要一路控制信号，解决了单刀双掷开关需要两位控制信号 操作的问题，实现了解码器功能内置于开关控制电路，节省了芯片面积。
该电路由基于DCFL的反相器和全耗尽型的SPDT构成，微波开关 为基本的单刀双掷结构，通过高阻值金属膜电阻为HEMT源漏端提供 高电平；开关HEMT栅极偏置电阻与反相器的输出端相连；反相器采 用如图2所述的结构，该电路中外加控制信号经过了反相器的反相，因 此外加信号为高电平时，开关HEMT栅极为低电平，开关处于关态； 外加信号为低电平时，开关处于开态。单刀双掷开关或反相器基于E/D PHEMT材料和工艺实现。单刀双掷开关的控制信号端与所述反相器的 输入、输出端在芯片上实现连接。
选择耗尽型PHEMT器件作为实验开关电路的核心元件，将器件设 计为栅长lpm，单指栅宽5(Him，四栅指，总栅宽20(Him的耗尽型开关 PHEMT。
选择增强型PHEMT器件作为实验逻辑电路(反相器)的核心元件， 将器件设计为栅长l)im，栅宽3(Hxm，反相器采用如图2所示的结构， 反相器对输入低电平的宽容度很高，电路对增强型PHEMT阈值电压的 漂移不敏感，该电路结构输入输出逻辑电平相容，仅需单电源供电。
所述单片集成的SPDT与反相器整合电路基于E/D HEMT材料和工 艺实现，图6给出了利用E/D PHEMT材料和工艺制作的单片集成的整合 芯片电路的照片。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体 实施例而己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
10
权利要求
1、一种实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，其特征在于，该方法包括对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行预处理；对源漏进行光刻，蒸发Ti/Pt/Au形成欧姆接触，实现源漏的制备；腐蚀InGaAs帽层，形成增强型栅极，实现栅极的制备；采用PECVD生长一层SiN介质，溅射NiCr合金制作电阻；刻孔，蒸发一次布线金属，再长介质SiN，再进行光刻二次布线Ti/Au；常规金属剥离形成金属图形。
2、 根据权利要求1所述的实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，其特征在于，所述对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行预处理具体包括对GaAs基应变高电子迁移率晶体管外延片进行腐蚀隔离，丙酮冲洗，乙醇清洗，水冲洗6遍，12(TC烘箱10分，13CTC走程序，991原胶3000转/分，涂1分，厚度1.5|am， 95。C热板，90s,正胶显影液显60s,水冲洗，吹干，打底胶RIE 02,流量60sccm，功率20W， 120秒，HCL: H20=1 : 10，漂10s，去除表面氧化层，测台阶高度，采用腐蚀液H3P04:H202:H2O3:l:50进行腐蚀，腐蚀时间40s，监测电流及岛高，漂酸，丙酮去胶，清洗，吹干。
3、 根据权利要求1所述的实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，其特征在于，所述对源漏进行光刻，蒸发Ti/Pt/Au形成欧姆接触，实现源漏的制备包括涂胶原胶AZ5214， 3500转/分，涂1分，厚度1.6um， 95'C热板，90秒，源漏版，小机器曝光20秒，AZ5214显影液显60s，水冲洗，打底胶30s， H3P04 : H20=1 : 15，漂20s去除氧化层，丙酮剥离。
4、 根据权利要求1所述的实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，其特征在于，所述腐蚀InGaAs帽层，形成增强型栅极，实现栅极的制备包括涂胶AZ5206, 3000转/分，涂1分，厚度1.4ym， 95。C热板，90s，栅金属版，大机器曝光2.1S，挖栅槽，柠檬酸双氧水二l :1，腐蚀InGaAs帽层，形成增强耗尽型栅极，蒸发栅金属Ti/Pt/Au，丙酮剥离，其中，Ti的厚度为200A， Pt的厚度为500A， Au的厚度为3000A。
5、 根据权利要求1所述的实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，其特征在于，所述采用PECVD生长一层SiN介质的步骤中SiN介质的厚度为2000埃。
6、 根据权利要求1所述的实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，其特征在于，所述溅射NiCr合金制作电阻的步骤包括:涂AZ5214胶，4000转/分，60秒，1.5 ym，热板95。C，烘90秒，光刻，反转，泛曝光，采用SP-3型磁控溅射机，溅射厚度为870A的NiCr合金。
7、 根据权利要求1所述的实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，其特征在于，所述刻孔，蒸发一次布线金属，再长介质SiN，再进行光刻二次布线Ti/Au的步骤包括在02氛围下进行等离子光刻RIE，流量60sccm，功率20W;光刻布线，蒸发第一次布线金属Ti/Au，剥离；采用PECVD生长厚度为3000埃的介质SiN，在SF6气体氛围下进行等离子光刻进行二次刻孔，流量30sccm，功率30W;光刻布线，蒸发第二次布线金属Ti/Au，其中Ti的厚度为1000埃，Au的厚度为10000埃。
全文摘要
本发明涉及化合物半导体MMIC技术领域，公开一种采用GaAs增强/耗尽型PHEMT技术实现微波开关及其逻辑控制电路单片集成的制作方法，利用1.0μm GaAs E/D PHEMT工艺，制备出性能良好的DC～10GHz SPDT MMIC，将全耗尽型微波开关与反相器逻辑电路集成于同一芯片内，基本实现逻辑电路与开关电路的集成，整个电路只需要1位控制信号，有效的减少了开关电路的控制端口数目，节省了芯片面积。为将来采用E/D HEMT技术实现更大规模、更复杂电路集成奠定了良好基础。发明具有成效明显，工艺设计简单易行，经济适用和可靠性强的优点，容易在微波、毫米波化合物半导体电路制作中采用和推广。
文档编号H01L21/70GK101540296SQ20081010220
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者付晓君, 张海英, 徐静波, 明 黎 申请人:中国科学院微电子研究所