[发明专利]一种可变电容及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件及集成电路制造工艺技术，具体涉及一种可变电容及其制作方法。

背景技术

随着近年来无线通信领域的发展，以及军事科技应用（例如雷达系统等）的进步，对于微波功率管的各项指标要求逐步提高。因为GaN材料击穿场强大和电子饱和漂移速度高，所以基于GaN基的器件在高频高功率应用中比基于传统半导体材料的器件更有优势。如GaN基HEMT（High Electron Mobility Transistor）器件，其高输出功率密度使得可以用更小尺寸器件达到相同的输出功率。而小尺寸器件引发的高阻抗在放大器的输入输出匹配时损耗更小。并且因为器件击穿电场更大，能承受更高的击穿电压，使其工作时不仅不需要电压转换，还有可能得到更高的效率，这也是放大器工作时的另一个重要指标。此外，宽禁带能使GaN基器件工作在高温条件下，这对于航天、航空等军事领域具有重要意义。另外HEMT器件比MESFET（Metal-Semiconductor FET，金属-半导体场效应晶体管）器件的噪声更小。

随着现代通信系统和电子技术的发展，将无源元件如电感电容等和有源器件集成到一块芯片上的应用越来越广泛，因为这样能大规模减小芯片面积，节省成本，这种电路也被称作单片集成电路（MMIC）。目前国外已报道GaN单片集成电路制成的低噪声放大器（LNA）、压控振荡器（VCO）、功率放大器（PA）等。在GaN MMIC中，需要大量使用平面螺旋电感、电容。这些器件的性能直接影响单片集成电路的整体性能。因此，设计出与HEMT工艺兼容且性能良好的无源器件变得很重要。

由于AlGaN/GaN化学性质与硅不同，在GaN上制作可变电容与在硅上制作电容会有不同的地方，制作与晶体管工艺兼容且可调范围宽的可变电容显得尤为重要。

发明内容

本发明目的在于针对上述问题，提供一种可变电容及其制作方法，可以与标准AlGaN/GaN HEMT工艺兼容，所制作的金属-半导体-金属（MSM）可变电容具有宽的可调范围，在最大和最小电容值处都有高的品质因数。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可变电容，包括依次排列的高阻GaN层、高迁移率GaN层、AlGaN势垒层和金属层。

进一步地，所述高阻层的厚度为2.0~2.5μm，所述高迁移率层的厚度为150~200nm，所述AlGaN势垒层的厚度为20~30nm。

进一步地，所述金属层包括Ni层和Au层，所示Ni层作为所述AlGaN势垒层和所述Au层的粘合层；其中Ni层厚度为20~50nm，Au层厚度为150~250nm。

一种制作上述可变电容的方法，其步骤包括：

1）在衬底上生长缓冲层；

2）在所述缓冲层上依次生长高阻GaN层和高迁移率GaN层；

3）在所述高迁移率GaN层上生长AlGaN势垒层；

4）在所述AlGaN势垒层上采用ICP-RIE（ICP:Inductive Coupled Plasma，RIE:Reactive Ion Etching）方法刻蚀隔离岛；

5）在生成所述隔离岛的表面涂光刻胶，进行光刻、曝光并显影，形成肖特基电极图形；

6）在覆盖光刻胶的表面上通过电子束蒸发一金属层，然后将光刻胶剥离，形成可变电容。

进一步地，所述衬底为蓝宝石衬底或SiC衬底；所述缓冲层为GaN或AlN。

进一步地，所述高阻GaN层的厚度为2.0~2.5μm，所述高迁移率GaN层的厚度为150~200nm；所述AlGaN势垒层的厚度为20~30nm；所述刻蚀的深度为150~200nm。

进一步地，所述步骤6）先制作Ni层，作为粘合层；然后在所述Ni层上制作Au层；其中Ni层厚度为20~50nm，Au层厚度为150~250nm。

进一步地，步骤5）对所述光刻胶进行烘烤，然后进行曝光和显影，所述烘烤的温度为90~100℃，时间为90~100秒；步骤6）采用有机溶剂剥离所述光刻胶，所述有机溶剂包括：丙酮、乙醇。

进一步地，在所述高迁移率GaN层和所述AlGaN势垒层之间生长一AlN插入层。

进一步地，所述生长的方法包括：金属有机物化学气相淀积、分子束外延、氢化物气相外延。

本发明的制作可变电容的方法，可以与标准AlGaN/GaN HEMT工艺兼容；所制作的可变电容具有宽的可调范围；在最大和最小电容值处都有高的品质因数，对于实现LNAs，VCOs以及混频器等电路具有重要意义。