用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法与流程

本发明属于固态等离子体和微带天线技术领域，具体涉及一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法。

背景技术：

随着科学技术的进一步发展，无线通信技术在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。无线通信利用无线电波进行工作，而无线电波的接收和发送靠天线完成，天线的性能直接影响整个无线通信系统。

随着无线系统向大容量、多功能、多频段/超宽带方向的发展，不同通信系统相互融合，使得在同一平台上搭载的信息子系统数量增加，天线数量也相应增加，但天线数量的增加对通信系统的电磁兼容性、成本、重量等方面有较大的负面影响。因此，无线通信系统要求天线能根据实际使用环境来改变其电特性，即实现天线特性的“可重构”。可重构天线具有多个天线的功能，减少了系统中天线的数量。其中，可重构微带天线因其体积较小，剖面低等优点受到可重构天线研究领域的关注。

目前的频率可重构微带天线的各部分有互耦影响，频率跳变慢，馈源结构复杂，隐身性能不佳，剖面高，制造、加工的难度高。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法，其中，环形天线包括：半导体基片(1)；介质板(2)；第一SPIN二极管环(3)、第二SPIN二极管环(4)、第一直流偏置线(5)及第二直流偏置线(6)，均设置于半导体基片(1)上；耦合式馈源(7)，设置于介质板(2)上；

其中，所述可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法包括如下步骤：

选择SOI衬底(101)；

刻蚀SOI衬底(101)形成隔离槽，填充隔离槽形成隔离区(301)；

刻蚀SOI衬底(101)形成P区深槽(501)和N区深槽(502)；

在P区深槽(501)及N区深槽(502)内采用离子注入的方式形成P+有源区(601)和N+有源区(602)；

在SOI衬底(101)上生成引线。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，刻蚀SOI衬底(101)形成隔离槽，包括：

在SOI衬底(101)表面形成第一保护层；

利用光刻工艺在第一保护层上形成第一隔离区图形；

利用干法刻蚀工艺在第一隔离区图形的指定位置处刻蚀第一保护层及SOI衬底(101)以形成隔离槽。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，包括：

采用CVD的方法在SOI衬底(101)上连续生长两层材料，其中，第一层为SiO2层(201)，第二层为SiN层(202)。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，刻蚀SOI衬底(101)形成P区深槽(501)和N区深槽(502)，包括：

在SOI衬底(101)表面形成第二保护层；

利用光刻工艺在第二保护层上形成第二隔离区图形；

利用干法刻蚀工艺在第二隔离区图形的指定位置处刻蚀第二保护层及SOI衬底(101)以形成P区深槽(501)和N区深槽(502)；其中，P区深槽(501)和N区深槽(502)的深度为0.5微米～30微米。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，在SOI衬底(101)表面形成第二保护层，包括：

采用CVD的方法在SOI衬底(101)上连续生长两层材料，其中，第一层为SiO2层(401)，第二层为SiN层(402)。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，在P区深槽(501)及N区深槽(502)内采用离子注入的方式形成P+有源区(601)和N+有源区(602)，包括：

平整化P区深槽(501)和N区深槽(502)；

对P区深槽(501)和N区深槽(502)进行离子注入以形成第一P+有源区和第一N+有源区；填充P区深槽(501)和N区深槽(502)以形成P接触区和N接触区；对P接触区和N接触区所在区域进行离子注入以在SOI衬底(101)的顶层硅内形成第二P+有源区和第二N+有源区；

其中，第一N+有源区为沿离子扩散方向距N区深槽(502)侧壁和底部深度小于1微米的区域，第一P+有源区为沿离子扩散方向距P区深槽(501)侧壁和底部深度小于1微米的区域。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，在SOI衬底(101)上生成引线，包括：

在SOI衬底(101)上生成二氧化硅；

利用退火工艺激活P+有源区(601)和N+有源区(602)中的杂质；

在P接触区和N接触区光刻引线孔以形成引线；

钝化处理并光刻PAD以形成SPIN二极管。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，半导体基片(1)为Si基SOI半导体片，第一SPIN二极管环(3)包括第一SPIN二极管串(8)，第二SPIN二极管环(4)包括第二SPIN二极管串(9)，且第一SPIN二极管环(3)及第二SPIN二极管环(4)的周长等于所要接收信号的电磁波波长。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，在第一SPIN二极管串(8)及第二SPIN二极管串(9)两端设置有第一直流偏置线(5)及第二直流偏置线(6)，第一直流偏置线(5)及第二直流偏置线(6)采用重掺杂多晶硅制作在半导体基片上(1)。

在本发明提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法中，介质板(2)的上表面为金属微带贴片(10)，下表面为金属接地板(11)；并且，金属微带贴片(10)包括主枝节(12)、第一分枝节(13)及第二分枝节(14)，其中，主枝节(12)的宽度和介质板(2)的厚度由耦合式馈源(7)的阻抗匹配决定，第一分枝节(13)及第二分枝节(14)的长度和宽度分别由天线的阻抗匹配决定，半导体基片(1)与介质板(2)之间的距离由天线的增益决定。

采用本发明方案得到的SPIN二极管用于制造环形天线，所述环形天线的优点包括：

1、该频率可重构耦合馈电环形天线体积小、剖面低、结构简单、易于加工。

2、采用重掺杂多晶硅作为直流偏置线，避免了金属馈线对天线性能的影响。

3、采用SPIN二极管作为天线的基本组成单元，只需通过控制其导通或断开，即可实现频率的可重构。

附图说明

通过以下参考附图的详细说明，本发明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，而不是作为本发明的范围的限定，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。

图1为本发明实施例提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于SPIN二极管的SOI基频率可重构耦合馈电环形天线的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种SPIN二极管结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种基于SPIN二极管的SOI基频率可重构耦合馈电环形天线的半导体基片结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种基于SPIN二极管的SOI基频率可重构耦合馈电环形天线的介质板结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种SPIN二极管串示意图；

图7a-图7l为本发明实施例提供的一种用于U波段可重构环形天线的SPIN二极管的制造方法流程分解示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明：

实施例一

请参见图1及图2，图1为本发明实施例提供的一种基于SPIN二极管的U波段频率可重构环形天线的制造方法流程示意图；图2是本发明实施例提供的一种基于SPIN二极管的SOI基频率可重构耦合馈电环形天线的结构示意图，该SPIN二极管主要应用于频率可重构偶极子天线，该天线包括：半导体基片1、介质板2、第一SPIN二极管环3，第二SPIN二极管环4，第一直流偏置线5，第二直流偏置线6，均设置于半导体基片1上；耦合式馈源7，设置于介质板2上。具体的，SPIN二极管的制造方法包括如下步骤：

选择SOI衬底101；

刻蚀SOI衬底101形成隔离槽，填充隔离槽形成隔离区301；

刻蚀SOI衬底101形成P区深槽501和N区深槽502；

在P区深槽501及N区深槽502内采用离子注入的方式形成P+有源区601和N+有源区602；

在SOI衬底101上生成引线。

采用本实施提供的频率可重构偶极子天线体积小、结构简单、易于加工、无复杂馈源结构、频率可快速跳变，有效地克服了现有技术的不足。

进一步地，其中，刻蚀SOI衬底101形成隔离槽，具体还可以采用如下方式：

在SOI衬底101表面形成第一保护层；

利用光刻工艺在第一保护层上形成第一隔离区图形；

利用干法刻蚀工艺在第一隔离区图形的指定位置处刻蚀第一保护层及SOI衬底101以形成隔离槽。

进一步地，在本实施例中，在SOI衬底101表面形成第一保护层，具体可以是：

采用CVD的方法在SOI衬底101上连续生长两层材料，其中，第一层为SiO2层201，第二层为SiN层202。

进一步地，其中，刻蚀SOI衬底101形成P区深槽501和N区深槽502，具体可以是：

在SOI衬底101表面形成第二保护层；

利用光刻工艺在第二保护层上形成第二隔离区图形；

利用干法刻蚀工艺在第二隔离区图形的指定位置处刻蚀第二保护层及SOI衬底101以形成P区深槽501和N区深槽502；其中，P区深槽501和N区深槽502的深度为0.5微米～30微米。

进一步地，在本实施例中，在SOI衬底101表面形成第二保护层，具体可以是：

采用CVD的方法在SOI衬底101上连续生长两层材料，其中，第一层为SiO2层401，第二层为SiN层402

进一步地，其中，在P区深槽501及N区深槽502内采用离子注入的方式形成P+有源区601和N+有源区602，具体还可以采用如下方式：

平整化P区深槽501和N区深槽502；

对P区深槽501和N区深槽502进行离子注入以形成第一P+有源区和第一N+有源区；填充P区深槽501和N区深槽502以形成P接触区和N接触区；对P接触区和N接触区所在区域进行离子注入以在SOI衬底101的顶层硅内形成第二P+有源区和第二N+有源区；

其中，第一N+有源区为沿离子扩散方向距N区深槽502侧壁和底部深度小于1微米的区域，第一P+有源区为沿离子扩散方向距P区深槽501侧壁和底部深度小于1微米的区域。

进一步地，其中，在SOI衬底101上生成引线，具体还可以采用如下方式：

在SOI衬底101上生成二氧化硅；

利用退火工艺激活P+有源区601和N+有源区602中的杂质；

在P接触区和N接触区光刻引线孔以形成引线；

钝化处理并光刻PAD以形成SPIN二极管。

进一步地，其中，对P区深槽501和N区深槽502进行离子注入以形成第一P+有源区和第一N+有源区；填充P区深槽501和N区深槽502以形成P接触区和N接触区；对P接触区和N接触区所在区域进行离子注入以在衬底101的顶层硅内形成第二P+有源区和第二N+有源区，具体还可以采用如下方式：

光刻P区深槽501并采用带胶离子注入的方式对P区深槽501的侧壁进行P+注入，在该侧壁上形成P+有源区601并除掉光刻胶；光刻N区深槽502并采用带胶离子注入的方式对N区深槽502的侧壁进行N+注入，在该侧壁上形成N+有源区602并除掉光刻胶；

利用CVD的方法在P区深槽501及N区深槽502中淀积并填满多晶硅701；

光刻P+有源区601并采用带胶离子注入的方式进行P+注入，以使P+有源区601达到第一掺杂浓度并去除光刻胶以形成P接触区801；光刻N+有源区602并采用带胶离子注入的方式进行N+注入，以使N+有源区602达到第二掺杂浓度并去除光刻胶以形成N接触区802；

采用湿法刻蚀的方式刻蚀P接触区801及N接触区802以外的多晶硅；

采用CVD的方法在P接触区801及N接触区802的表面淀积二氧化硅SiO2层901。

进一步地，在本发明的另一个实施例中，环形天线的第一SPIN二极管环3、第二SPIN二极管环4、第一直流偏置线5及第二直流偏置线6采用半导体工艺制作在半导体基片1上，其半导体基片1及介质板2为Si基SOI半导体片。

上述频率可重构耦合馈电环形天线，第一SPIN二极管环3包括第一SPIN二极管串8，第二SPIN二极管环4包括第二SPIN二极管串9，且第一SPIN二极管环3及第二SPIN二极管环4的周长等于所要接收信号的电磁波波长。

上述频率可重构耦合馈电环形天线，第一SPIN二极管串8设置有第一直流偏置线5，第二SPIN二极管串9设置有第二直流偏置线6，且第一直流偏置线5及第二直流偏置线6采用重掺杂多晶硅制作在半导体基片1上。

上述频率可重构耦合馈电环形天线，介质板2的上表面为金属微带贴片，下表面为金属接地板。

上述频率可重构耦合馈电环形天线，金属微带贴片包括主枝节12、第一分枝节13及第二分枝节14。

上述频率可重构耦合馈电环形天线，主枝节12的宽度和介质板2的厚度由耦合式馈源7的阻抗匹配决定，第一分枝节13及第二分枝节14的长度和宽度分别由天线的阻抗匹配决定。其中，优选的，馈源7的阻抗为50Ω。

上述频率可重构耦合馈电环形天线，半导体基片1与介质板2之间的距离由天线的增益决定。

上述频率可重构耦合馈电环形天线，第一SPIN二极管环3的个数为至少一个，第二SPIN二极管环4的个数为至少一个。

本实施例中，通过设计一种基于SPIN二极管的SOI基频率可重构耦合馈电环形天线的方式，解决目前通信所遇到的天线各部分间的互耦问题，带来环形天线体积小、可重构、易于集成、结构简单、馈电容易、频率可快速跳变，可用于各种跳频电台或设备的有益效果。

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种SPIN二极管结构示意图，该SPIN二极管由P+区27、N+区26和本征区22组成，第一金属接触区23位于P+区27处，连接至直流偏置的正极，第二金属接触区24位于N+区26处，连接至直流偏置的负极，通过施加直流电压可使整个SPIN二极管串中所有SPIN二极管处于正向导通状态。当利用SPIN二极管正向偏置激发固态等离子体时，可用于天线的电磁辐射。而SPIN二极管不加偏置关闭时，则呈现半导体介质状态，可解决天线间的互耦问题，更利于可重构天线的设计。

如图4所示，第一SPIN二极管环3由第一SPIN二极管串8组成，其环周长等于所要接收的电磁波波长，第一SPIN二极管串8一端设置有第一直流偏置线5，另一端接至公共地端。

如图4所示，第二SPIN二极管环4由第二SPIN二极管串9组成，其环周长等于所要接收的电磁波波长(频率)，第二SPIN二极管串9一端设置有第二直流偏置线6，另一端接至公共地端。

如图4所示，第一直流偏置线5、第二直流偏置线6分别接至电压正极，且任何工作时刻只能有一组直流偏置线接至电压正极，通过控制第一直流偏置线5或第二直流偏置线6上的电压即可选择性的使第一SPIN二极管串8或第二SPIN二极管串9处于正向导通状态，导通的SPIN二极管在本征区将产生固态等离子体，其具有类金属特性，可以用作天线的辐射结构。当不同的SPIN二极管串工作时，会改变天线的电尺寸长度，从而实现天线工作频率的可重构。

如图5所示，耦合式馈源7采用化学气相淀积方法制作于介质板2上，上表面为金属微带贴片10，下表面为金属接地板11，金属微带贴片10包含有一个主枝节12、第一分枝节13及第二分枝节14。主枝节10宽度和介质板2厚度由馈源的50Ω阻抗匹配决定，另外耦合到内外环的能量越大，则主枝节12宽度越大。第一分枝节13及第二分枝节14长度和宽度由天线的阻抗匹配决定，可通过第一分枝节13及第二分枝节14长度和宽度变化调节天线的驻波。半导体基片和介质板之间的距离由天线的增益决定。

采用本实施例得到的SPIN二极管用于制造环形天线，所述环形天线的优点包括：体积小、可重构、易于集成、结构简单、馈电容易、频率可快速跳变，可用于各种跳频电台或设备。

实施例二

请参考图7a-图7l，本实施例在上述实施例的基础上，对本发明的SPIN二极管的制备方法进行详细说明，具体地，采用如下步骤实现SPIN二极管的制造：

如图7a所示，选取SOI衬底101。

如图7b所示，利用化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)的方法，在SOI衬底101上连续生长两层材料，第一层可以是厚度在300～500nm的二氧化硅(SiO2)层201，第二层可以是厚度在1～3μm的氮化硅(SiN)层202。

如图7c所示，通过光刻工艺在上述保护层上形成隔离区。采用湿法刻蚀工艺刻蚀该氮化硅(SiN)层，形成隔离区图形，再采用干法刻蚀，形成例如宽为2～10μm，深1～81μm的隔离区301。

如图7d所示，利用CVD的方法，在衬底上连续长两层材料，第一层为厚度在300～500nm的二氧化硅(SiO2)层401，第二层为厚度在400～600nm的氮化硅(SiN)层402。

如图7e所示，光刻P、N区深槽，湿法刻蚀P、N区氮化硅(SiN)层，形成P、N区图形，干法刻蚀，形成宽2～8μm，深0.4～10μm的深槽501。

如图7f所示，光刻P区深槽，采用带胶离子注入的方法对P区槽侧壁进行p+注入，使侧壁上形成薄的p+有源区601，浓度达到0.5～5×1020cm-3，除掉光刻胶；光刻N区深槽，采用带胶离子注入的方法对N区槽侧壁进行n+注入，使侧壁上形成薄的n+有源区602，浓度达到0.5～5×1020cm-3，除掉光刻胶。

如图7g所示，利用CVD的方法，在P、N区槽中淀积多晶硅701，并将沟槽填满。

如图7h所示，可以通过光刻P区有源区，采用带胶离子注入方法进行p+注入，使P区有源区掺杂浓度达到0.5～5×1020cm-3，去除光刻胶，形成P接触801；光刻N区有源区，采用带胶离子注入进行n+注入，使N区有源区掺杂浓度为0.5～5×1020cm-3，去除光刻胶，并形成N接触802。

如图7i所示，采用湿法刻蚀，刻蚀掉P、N接触区以外的多晶硅，形成P、N接触区。

如图7j所示，利用CVD的方法，在表面淀积二氧化硅(SiO2)层901。

如图7k所示，在二氧化硅(SiO2)层上光刻引线孔1001。

如图7l所示，通过淀积氮化硅(SiN)形成钝化层1101，光刻PAD。

采用本实施例得到的SPIN二极管用于制造环形天线，所述环形天线的优点包括：

1、体积小、剖面低，结构简单、易于加工。

2、采用同轴电缆作为馈源，无复杂馈源结构。

3、采用SPIN二极管作为天线的基本组成单元，只需通过控制其导通或断开，即可实现频率的可重构。

4、所有组成部分均在半导体基片一侧，易于制版加工。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。