毫米波薄膜肖特基二极管及其制备方法与流程

1.本发明涉及肖特基二极管技术领域，尤其涉及一种毫米波薄膜肖特基二极管及其制备方法。


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。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，需要设计全新的肖特基二极管器件结构，制作中可以工作在毫米波的高性能薄膜肖特基二极管。目前的肖特基二极管，其衬底主要是来自于本身晶圆的衬底。通过设计合适的外延材料结构，可以制作出无衬底结构的肖特基二极管，拥有仅靠外延层材料构成的肖特基二极管器件。


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能够提高芯片性能一致性，且寄生参量极小，极大的提升了器件的截止频率和性能的毫米波薄膜肖特基二极管。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种毫米波薄膜肖特基二极管，其特征在于：包括半绝缘gaas缓冲层，所述半绝缘gaas缓冲层的上表面的左侧形成有阳极焊盘，所述半绝缘gaas缓冲层的右侧形成有algaas外延层，所述algaas外延层的上表面形成有gaas重掺杂层，所述gaas重掺杂层的上表面的左侧形成有gaas低掺杂层，所述gaas重掺杂层上表面的右侧内嵌有阴极欧姆接触，所述阴极欧姆接触的高度高于所述gaas低掺杂层的高度，所述gaas低掺杂层的上表面形成有肖特基接触，所述肖特基接触通过空气桥与所述阳极焊盘连接。
6.优选的，所述肖特基接触包括肖特基接触金属，所述肖特基接触部分采用自下而上的金属层为ti、pt、au。
7.优选的，所述gaas半绝缘缓冲层的厚度为2到50微米。
8.优选的，所述gaas重掺杂层掺杂浓度是5e18 cm-3这个量级，厚度为2微米，由mocvd设备外延生长。
9.优选的，所述gaas低掺杂层的掺杂浓度为1e17 cm-3量级，厚度是0.1微米到0.5微米，由mocvd设备外延生长。
10.优选的，所述阴极欧姆接触采用自下而上的金属层为ti/al/ni/au。
11.优选的，algaas外延层，al的掺杂浓度可以为30%，厚度为2微米，由mocvd设备外延生长。
12.本发明还公开了一种毫米波薄膜肖特基二极管制备方法，其特征在于包括如下步骤：制作毫米波薄膜肖特基二极管的外延材料结构；在所述外延材料结构的正面进行正面工艺，完成肖特基二极管的阳极和阴极的制作；在制作完成正面工艺后，将正面采用蜡给保护后，对外延材料结构背面进行机械减薄，直至最底层的gaas半绝缘衬底减薄到厚度只有10微米-30微米，此时采用化学减薄的方法，首先选用对gaas和algaas具有选择腐蚀的溶液，腐蚀gaas速率快，而腐蚀algaas速度慢，将最底层的gaas半绝缘衬底全部腐蚀完，然后选用第二种选择性腐蚀液，腐蚀algaas外延层腐蚀速度快，腐蚀纯gaas层腐蚀速度慢，将底层algaas外延层腐蚀完毕，此时仅保留上层的半绝缘gaas缓冲层、上层的algaas外延层、gaas重掺杂层以及gaas低掺杂层；在二极管的正面和背面工艺制作完毕后，采取分片的方式，获得分立的薄膜肖特基二极管芯片。
13.进一步的技术方案在于：所述外延材料结构包括gaas半绝缘衬底，所述gaas半绝缘衬底的上表面形成有第一层algaas外延层，所述第一层algaas外延层的上表面形成有半绝缘gaas缓冲层，所述半绝缘gaas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低掺杂层。
14.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所述二极管其衬底厚度在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。肖特基二极管采用无二氧化硅的工艺制作完成，寄生参量极小，极大的提升了器件的截止频率和性能。
附图说明
15.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。
16.图1是本发明实施例所述二极管的结构示意图；图2是本发明实施例所述方法中外延材料结构示意图；其中：1、半绝缘gaas缓冲层；2、阳极焊盘；3、algaas外延层；4、gaas重掺杂层；5、gaas低掺杂层；6、阴极欧姆接触；7、肖特基接触；8、空气桥；9、gaas半绝缘衬底。
具体实施方式
17.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。
18.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。
19.如图1所示，本发明实施例公开了一种毫米波薄膜肖特基二极管，所述肖特基二极管主要包括阳极和阴极，阳极焊盘直接制作在肖特基二极管的半绝缘gaas缓冲层上，阳极焊盘通过空气桥与肖特基接触连接，肖特基基接触包括肖特基接触金属和轻掺杂层的gaas，在轻掺杂的gaas层下为重掺杂层的gaas，在重掺杂的gaas层上有阴极欧姆接触焊盘，在重掺杂的gaas层有algaas腐蚀终止层，整个阳极和阴极制作在薄膜“衬底”上，此衬底不来自于晶圆衬底，而是在外延过程中生长的作为薄膜肖特基二极管的支撑“衬底”。
20.具体的，如图1所示，所述二极管包括半绝缘gaas缓冲层1，所述半绝缘gaas缓冲层1的上表面的左侧形成有阳极焊盘2，所述半绝缘gaas缓冲层1的右侧形成有algaas外延层3，所述algaas外延层3的上表面形成有gaas重掺杂层4，所述gaas重掺杂层4的上表面的左侧形成有gaas低掺杂层5，所述gaas重掺杂层4上表面的右侧内嵌有阴极欧姆接触6，所述阴极欧姆接触6的高度高于所述gaas低掺杂层5的高度，所述gaas低掺杂层5的上表面形成有肖特基接触7，所述肖特基接触7通过空气桥8与所述阳极焊盘2连接。
21.本发明实施例还公开了一种毫米波薄膜肖特基二极管制备方法，包括如下步骤：制作毫米波薄膜肖特基二极管的外延材料结构，进一步的，如图2所示，所述外延材料结构包括gaas半绝缘衬底9，所述gaas半绝缘衬底9的上表面形成有第一层algaas外延层3，所述第一层algaas外延层3的上表面形成有半绝缘gaas缓冲层1，所述半绝缘gaas缓冲层1的上表面形成有第二层algaas外延层3，所述第二层algaas外延层3的上表面形成有gaas重掺杂层4，所述gaas重掺杂层4的上表面形成有gaas低掺杂层5。
22.图2中半绝缘gaas缓冲层1的厚度可以为2到50微米，具体厚度本领域的工作人员可根据自己的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。半绝缘gaas缓冲层1上为algaas外延层3，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4，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5，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。
23.在所述外延材料结构的正面进行正面工艺，完成肖特基二极管的阳极和阴极的制作；按照附图1所示结构，本领域技术人员可以实现阳极焊盘的制作，肖特基二极管的肖特基接触7部分可以采用自下而上的金属层为ti/pt/au，肖特基二极管的阴极欧姆接触6金属可以采用自下而上的金属层为ti/al/ni/au。如附图1所示，algaas的意义在于可以选用腐蚀液，腐蚀algaas层腐蚀速度快，腐蚀纯gaas层腐蚀速度慢，因此可以控制腐蚀的界面。所述肖特基二极管的正面工艺在本领域内已经比较成熟。
24.在制作完成正面工艺后，将正面采用蜡给保护后，对外延材料结构背面进行机械减薄，直至最底层的gaas半绝缘衬底9减薄到厚度只有10微米-30微米，此时采用化学减薄的方法，首先选用对gaas和algaas具有选择腐蚀的溶液，腐蚀gaas速率快，而腐蚀algaas速度慢，将最底层的gaas半绝缘衬底9全部腐蚀完，然后选用第二种选择性腐蚀液，腐蚀
algaas外延层腐蚀速度快，腐蚀纯gaas层腐蚀速度慢，将底层algaas外延层3腐蚀完毕，此时仅保留上层的半绝缘gaas缓冲层1、上层的algaas外延层3、gaas重掺杂层4以及gaas低掺杂层5；在二极管的正面和背面工艺制作完毕后，采取分片的方式，获得分立的薄膜肖特基二极管芯片。
25.基于本发明提出的薄膜肖特基二极管，其衬底厚度在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。
26.肖特基二极管采用无二氧化硅的工艺制作完成，寄生参量极小，极大的提升了器件的截止频率和性能。