用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构的制作方法

1.本发明涉及毫米波技术领域，尤其涉及一种用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构。


背景技术：

2.毫米波是指频率在波长在毫米级的电磁波，对应频率范围是30ghz-300ghz。毫米波由于工作频率高，对器件设计和外延材料都有着极高的要求。目前在毫米波的高端频率范围，比如100ghz-300ghz范围内，该频段的毫米波源和探测主要是基于肖特基二极管来实现。肖特基二极管由于其主要基于肖特基结的热电子发射，且主要依靠电子输运，工作频率可有效工作在整个毫米波电磁波范围内。
3.目前毫米波高端频段的肖特基二极管，其衬底厚度都在50微米及以上，较厚的衬底厚度给肖特基二极管带来了极大的寄生参量，包括寄生电容，电阻，电感等，常用的肖特基二极管外延材料结构如图1所示。为了降低肖特基二极管的寄生参数，提高肖特基二极管的性能，其中一种有效的方式是可以通过减少肖特基二极管的衬底厚度来降低寄生，提高肖特基二极管的性能。在制作肖特基二极管的工艺流程中，由于背面减薄的过程中，其存在较大的厚度不一致性，严重影响器件的批次一致性。为了提高肖特基二极管的性能，同时改善晶圆内肖特基二极管的批次一致性，需要设计全新的外延材料结构。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种一致性好，能够提高肖特基二极管性能的外延材料结构。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，其特征在于包括gaas半绝缘衬底层，所述gaas半绝缘衬底层的上表面形成有第一层algaas外延层，第一层algaas外延层的上表面形成有gaas半绝缘缓冲层，所述gaas半绝缘缓冲层的上表面形成有第二层algaas外延层，所述第二层algaas外延层的上表面形成有gaas重掺杂层，所述gaas重掺杂层的上表面形成有gaas轻掺杂层，所述gaas轻掺杂层的上表面形成有二氧化硅保护层。
6.优选的，所述algaas外延层中al的掺杂浓度为30%，厚度为2个微米，由mocvd设备外延生长。
7.优选的，gaas半绝缘缓冲层厚度为2微米到50微米，由mocvd设备外延生长。
8.优选的，所述gaas重掺杂层的掺杂浓度是5e18cm-3
这个量级，厚度是2微米，由mocvd设备外延生长。
9.优选的，所述gaas轻掺杂层的掺杂浓度一般为1e17cm-3
量级，厚度可以是0.1到0.5微米，由mocvd设备外延生长。
10.优选的，所述二氧化硅保护层的厚度为20-60纳米，由pecdv等设备进行生长。
11.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：基于本发明提出的外延材料结构，直
接去除肖特基二极管的衬底，可以支持制作薄膜肖特基二极管，其厚度可以降低至2微米的量级。同时，也可以支持肖特基二极管的器件厚度在50微米以内自由选择，器件只制作在外延层上，器件的厚度由gaas半绝缘衬底层的厚度来决定。且同一批次内的肖特基二极管的衬底厚度是完全一致的，极大的提高了芯片的性能一致性。
附图说明
12.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
13.图1是现有技术中使用的肖特基二极管外延材料结构；图2是本发明实施例所述外延材料结构的示意图；图3是本发明实施例中薄膜肖特基二极管器件的材料结构示意图；其中：1、gaas半绝缘衬底层；2、第一层algaas外延层；3、gaas半绝缘缓冲层；4、第二层algaas外延层；5、gaas重掺杂层；6、gaas轻掺杂层；7、二氧化硅保护层。
具体实施方式
14.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
16.如图2所示，本发明实施例公开了一种用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，所述结构包括gaas半绝缘衬底层1，所述gaas半绝缘衬底层1的上表面形成有第一层algaas外延层2，第一层algaas外延层2的上表面形成有gaas半绝缘缓冲层3，所述gaas半绝缘缓冲层3的上表面形成有第二层algaas外延层4，所述第二层algaas外延层4的上表面形成有gaas重掺杂层5，所述gaas重掺杂层5的上表面形成有gaas轻掺杂层6，所述gaas轻掺杂层6的上表面形成有二氧化硅保护层7。
17.相比附图1常用的肖特基二极管外延材料结构相比，本发明增加了两层algaas外延层和一层二氧化硅保护层7，algaas外延层主要是起到在器件的制作过程中，起到选择腐蚀终止层。如附图3所示，真正的肖特基二极管在制作完成以后，其附图2所示的原始外延结构只剩下从gaas半绝缘缓冲层3到二氧化硅保护层7的部分。相比附图2而言，最底层的gaas半绝缘衬底1已经完全去除，且去除了最下边的algaas外延层。由此可见，整个肖特基二极管已经没有了原始的衬底结构，是完全只工作在外延层上。如附图3所示，肖特基二极管的厚度主要由gaas半绝缘缓冲层3的厚度来决定。
18.下面参考附图2给出一种切实可行的外延材料结构，外延材料结构由下到上依次为gaas半绝缘衬底层1，该层主要由商业化的半绝缘衬底厂商所提供，其厚度一般为几百个微米，其上为第一层algaas外延层2，al的掺杂浓度可以为30%，厚度为2个微米，可以由mocvd设备外延生长；其上为gaas半绝缘缓冲层3，该层为半绝缘层，其厚度可以为2到50微米，具体的本领域技术人员可根据实际需要设计来决定该层的厚度，该层的厚度也直接决
定了最后所制作器件的厚度，该层由mocvd外延生长；其上为第二层algaas外延层4，al的掺杂浓度可以为30%，厚度为2个微米，可以由mocvd设备外延生长；其上为gaas重掺杂层5，掺杂浓度一般是5e18 cm-3
这个量级，厚度可以是2微米，可以由mocvd设备外延生长；其上为gaas低掺杂层，掺杂浓度一般为1e17 cm-3
量级，厚度可以是0.1到0.5微米，可以由mocvd设备外延生长，其上为二氧化硅保护层，一般为几十个纳米，可以由pecdv等设备进行生长。
19.基于本发明提出的外延材料结构，直接去除肖特基二极管的衬底，可以支持制作薄膜肖特基二极管，其厚度可以降低至2微米的量级。同时，也可以支持肖特基二极管的器件厚度在50微米以内自由选择，器件只制作在外延层上，器件的厚度由gaas半绝缘衬底层的厚度来决定。且同一批次内的肖特基二极管的衬底厚度是完全一致的，极大的提高了芯片的性能一致性。


技术特征：
1.一种用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，其特征在于包括gaas半绝缘衬底层（1），所述gaas半绝缘衬底层（1）的上表面形成有第一层algaas外延层（2），第一层algaas外延层（2）的上表面形成有gaas半绝缘缓冲层（3），所述gaas半绝缘缓冲层（3）的上表面形成有第二层algaas外延层（4），所述第二层algaas外延层（4）的上表面形成有gaas重掺杂层（5），所述gaas重掺杂层（5）的上表面形成有gaas轻掺杂层（6），所述gaas轻掺杂层（6）的上表面形成有二氧化硅保护层（7）。2.如权利要求1所述的用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，其特征在于：所述algaas外延层中al的掺杂浓度为30%，厚度为2个微米，由mocvd设备外延生长。3.如权利要求1所述的用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，其特征在于：gaas半绝缘缓冲层（3）厚度为2微米到50微米，由mocvd设备外延生长。4.如权利要求1所述的用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，其特征在于：所述gaas重掺杂层（5）的掺杂浓度是5e18cm-3
这个量级，厚度是2微米，由mocvd设备外延生长。5.如权利要求1所述的用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，其特征在于：所述gaas轻掺杂层（6）的掺杂浓度一般为1e17cm-3
量级，厚度可以是0.1到0.5微米，由mocvd设备外延生长。6.如权利要求1所述的用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，其特征在于：所述二氧化硅保护层（7）的厚度为20-60纳米，由pecdv等设备进行生长。

技术总结
本发明公开了一种用于制作薄膜肖特基二极管的外延材料结构，涉及毫米波技术领域。所述外延材料结构包括GaAs半绝缘衬底层，所述GaAs半绝缘衬底层的上表面形成有第一层AlGaAs外延层，第一层AlGaAs外延层的上表面形成有GaAs半绝缘缓冲层，所述GaAs半绝缘缓冲层的上表面形成有第二层AlGaAs外延层，所述第二层AlGaAs外延层的上表面形成有GaAs重掺杂层，所述GaAs重掺杂层的上表面形成有GaAs轻掺杂层，所述GaAs轻掺杂层的上表面形成有二氧化硅保护层。通过所述结构制造二极管，同一批次内的肖特基二极管的衬底厚度是完全一致的，极大的提高了芯片的性能一致性。的提高了芯片的性能一致性。的提高了芯片的性能一致性。


技术研发人员：陈海森 王俊龙 杨明宣 金雷
受保护的技术使用者：深圳市承恩热视科技有限公司
技术研发日：2022.09.20
技术公布日：2022/12/16