本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管制造方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)金屬天線由于其重量和體積都相對較大，設(shè)計制作不靈活，自重構(gòu)性和適應(yīng)性較差，嚴重制約了雷達與通信系統(tǒng)的發(fā)展和性能的進一步提高。因此，近年來，研究天線寬頻帶、小型化、以及重構(gòu)與復(fù)用的理論日趨活躍。

在這種背景下，研究人員提出了一種新型天線概念-等離子體天線，該天線是一種將等離子體作為電磁輻射導(dǎo)向媒質(zhì)的射頻天線。等離子體天線的可利用改變等離子體密度來改變天線的瞬時帶寬、且具有大的動態(tài)范圍；還可以通過改變等離子體諧振、阻抗以及密度等，調(diào)整天線的頻率、波束寬度、功率、增益和方向性動態(tài)參數(shù)；另外，等離子體天線在沒有激發(fā)的狀態(tài)下，雷達散射截面可以忽略不計，而天線僅在通信發(fā)送或接收的短時間內(nèi)激發(fā)，提高了天線的隱蔽性，這些性質(zhì)可廣泛的應(yīng)用于各種偵察、預(yù)警和對抗雷達，星載、機載和導(dǎo)彈天線，微波成像天線，高信噪比的微波通信天線等領(lǐng)域，極大地引起了國內(nèi)外研究人員的關(guān)注，成為了天線研究領(lǐng)域的熱點。

但是當前絕大多數(shù)的研究只限于氣態(tài)等離子體天線，對固態(tài)等離子體天線的研究幾乎還是空白。而固態(tài)等離子體一般存在于半導(dǎo)體器件中，無需像氣態(tài)等離子那樣用介質(zhì)管包裹，具有更好的安全性和穩(wěn)定性。經(jīng)理論研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)等離子二極管在加直流偏壓時，直流電流會在其表面形成自由載流子(電子和空穴)組成的固態(tài)等離子體，該等離子體具有類金屬特性，即對電磁波具有反射作用，其反射特性與表面等離子體的微波傳輸特性、濃度及分布密切相關(guān)。

因此，如何制作一種固態(tài)等離子二極管來應(yīng)用于全息天線就變得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明提出一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管制造方法。

具體地，本發(fā)明實施例提出的一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管制造方法，所述固態(tài)等離子二極管用于制作全息天線，所述全息天線包括：半導(dǎo)體基片(11)、天線模塊(13)、第一全息圓環(huán)(15)及第二全息圓環(huán)(17)；所述天線模塊(13)、所述第一全息圓環(huán)(15)及所述第二全息圓環(huán)(17)均采用半導(dǎo)體工藝制作于所述半導(dǎo)體基片(11)上；其中，所述天線模塊(13)、所述第一全息圓環(huán)(15)及所述第二全息圓環(huán)(17)均包括依次串接的固態(tài)等離子二極管串。

所述制造方法包括步驟：

(a)選取SOI襯底；

(b)刻蝕SOI襯底形成有源區(qū)溝槽；

(c)在整個襯底表面淀積第二保護層；

(d)采用第二掩膜板，利用光刻工藝在所述第二保護層表面形成P區(qū)圖形；

(e)利用濕法刻蝕工藝去除P區(qū)圖形上的所述第二保護層；

(f)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積P型Si材料形成所述P區(qū)；

(g)在整個襯底表面淀積第三保護層；

(h)采用第三掩膜板，利用光刻工藝在所述第三保護層表面形成N區(qū)圖形；

(i)利用濕法刻蝕工藝去除N區(qū)圖形上的所述第三保護層；

(j)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積N型Si材料形成所述N區(qū)；

(k)光刻引線孔并金屬化處理以形成所述固態(tài)等離子二極管。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b)包括：

(b1)利用CVD工藝，在所述SOI襯底表面形成第一保護層；

(b2)采用第一掩膜版，利用光刻工藝在所述第一保護層上形成有源區(qū)圖形；

(b3)利用干法刻蝕工藝，在所述有源區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第一保護層及所述SOI襯底的頂層Si層從而形成有所述有源區(qū)溝槽。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b)之后，還包括：

(x1)利用氧化工藝，對所述有源區(qū)溝槽側(cè)壁進行氧化以在所述有源區(qū)溝槽側(cè)壁形成氧化層；

(x2)利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述氧化層以完成對所述有源區(qū)溝槽側(cè)壁的平整化。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(f)包括：

(f1)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積P型Si材料；

(f2)采用第四掩膜版，利用干法刻蝕工藝刻蝕所述P型Si材料以在所述有源區(qū)溝槽的側(cè)壁形成所述P區(qū)；

(f3)利用選擇性刻蝕工藝去除整個襯底表面的所述第二保護層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(g)包括：

(g1)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積N型Si材料；

(g2)采用第五掩膜版，利用干法刻蝕工藝刻蝕所述N型Si材料以在所述有源區(qū)溝槽的另一側(cè)壁形成所述N區(qū)；

(g3)利用選擇性刻蝕工藝去除整個襯底表面的所述第三保護層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(k)之前，還包括：

(y1)在整個襯底表面淀積第四保護層并將所述有源區(qū)溝槽填滿；

(y2)利用退火工藝激活所述P區(qū)和所述N區(qū)中的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(k)包括：

(k1)采用第六掩膜版，利用光刻工藝在所述第四保護層表面形成引線孔圖形；

(k2)利用各向異性刻蝕工藝刻蝕所述第四保護層形成所述引線孔；

(k3)對所述引線孔濺射金屬材料；

(k4)鈍化處理并光刻PAD以形成所述固態(tài)等離子二極管串。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述天線模塊(13)包括第一固態(tài)等離子二極管天線臂(1301)、第二固態(tài)等離子二極管天線臂(1302)、同軸饋線(1303)、第一直流偏置線(1304)、第二直流偏置線(1305)、第三直流偏置線(1306)、第四直流偏置線(1307)、第五直流偏置線(1308)、第六直流偏置線(1309)、第七直流偏置線(1310)、第八直流偏置線(1311)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一固態(tài)等離子二極管天線臂(1301)包括依次串接的第一固態(tài)等離子二極管串(w1)、第二固態(tài)等離子二極管串(w2)及所述第三固態(tài)等離子二極管串(w3)，所述第二固態(tài)等離子二極管天線臂(1302)包括依次串接的第四固態(tài)等離子二極管串(w4)、第五固態(tài)等離子二極管串(w5)及所述第六固態(tài)等離子二極管串(w6)且所述第一固態(tài)等離子二極管串(w1)與所述第六固態(tài)等離子二極管串(w6)、所述第二固態(tài)等離子二極管串(w2)與所述第五固態(tài)等離子二極管串(w5)、所述第三固態(tài)等離子二極管串(w3)與所述第四固態(tài)等離子二極管串(w4)分別包括同等數(shù)量的固態(tài)等離子二極管。

由上可知，本發(fā)明實施例通過采用原位摻雜能夠避免離子注入等方式帶來的不利影響，且能夠通過控制氣體流量來控制材料的摻雜濃度，更有利于獲得陡峭的摻雜界面，從而獲得更好的器件性能。該固態(tài)等離子二極管等離子可重構(gòu)天線可以是由SOI基固態(tài)等離子二極管按陣列排列組合而成，利用外部控制陣列中的固態(tài)等離子二極管選擇性導(dǎo)通，使該陣列形成動態(tài)固態(tài)等離子體條紋、具備天線的功能，對特定電磁波具有發(fā)射和接收功能，并且該天線可通過陣列中固態(tài)等離子二極管的選擇性導(dǎo)通，改變固態(tài)等離子體條紋形狀及分布，從而實現(xiàn)天線的重構(gòu)，在國防通訊與雷達技術(shù)方面具有重要的應(yīng)用前景。

通過以下參考附圖的詳細說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因為其應(yīng)當參考附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例的一種全息天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的一種全息天線模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管制作方法流程圖；

圖4a-圖4r為本發(fā)明實施例的另一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管的制造方法示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例的另一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

本發(fā)明提出了一種適用于形成全息天線的固態(tài)等離子二極管及其制造方法。該固態(tài)等離子二極管可以是基于絕緣襯底上的硅(Silicon-On-Insulator，簡稱SOI)形成橫向固態(tài)等離子二極管，其在加直流偏壓時，直流電流會在其表面形成自由載流子(電子和空穴)組成的固態(tài)等離子體，該等離子體具有類金屬特性，即對電磁波具有反射作用，其反射特性與表面等離子體的微波傳輸特性、濃度及分布密切相關(guān)。

以下，將對本發(fā)明制備的全息天線的固態(tài)等離子二極管的工藝流程作進一步詳細描述。在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。

實施例一

請參見圖3，圖3為本發(fā)明實施例的一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管制作方法流程圖，該方法適用于制備基于SOI橫向固態(tài)等離子二極管，且該固態(tài)等離子二極管主要用于制作全息天線。該方法包括如下步驟：

(a)選取SOI襯底；

其中，對于步驟(a)，采用SOI襯底的原因在于，對于固態(tài)等離子天線由于其需要良好的微波特性，而固態(tài)等離子二極管為了滿足這個需求，需要具備良好的載流子即固態(tài)等離子體的限定能力，而二氧化硅(SiO₂)能夠?qū)⑤d流子即固態(tài)等離子體限定在頂層硅中，所以優(yōu)選采用SOI作為固態(tài)等離子二極管的襯底。

(b)刻蝕SOI襯底形成有源區(qū)溝槽；

(c)在整個襯底表面淀積第二保護層；

(d)采用第二掩膜板，利用光刻工藝在所述第二保護層表面形成P區(qū)圖形；

(e)利用濕法刻蝕工藝去除P區(qū)圖形上的所述第二保護層；

(f)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積P型Si材料形成所述P區(qū)；

(g)在整個襯底表面淀積第三保護層；

(h)采用第三掩膜板，利用光刻工藝在所述第三保護層表面形成N區(qū)圖形；

(i)利用濕法刻蝕工藝去除N區(qū)圖形上的所述第三保護層；

(j)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積N型Si材料形成所述N區(qū)。

需要說明的是：常規(guī)制作固態(tài)等離子二極管的P區(qū)與N區(qū)的制備工藝中，均采用注入工藝形成，此方法要求注入劑量和能量較大，對設(shè)備要求高，且與現(xiàn)有工藝不兼容；而采用擴散工藝，雖結(jié)深較深，但同時P區(qū)與N區(qū)的面積較大，集成度低，摻雜濃度不均勻，影響固態(tài)等離子二極管的電學(xué)性能，導(dǎo)致固態(tài)等離子體濃度和分布的可控性差。

采用原位摻雜能夠避免離子注入等方式帶來的不利影響，且能夠通過控制氣體流量來控制材料的摻雜濃度，更有利于獲得陡峭的摻雜界面，從而獲得更好的器件性能。

(k)光刻引線孔并金屬化處理以形成所述固態(tài)等離子二極管。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b)包括：

(b1)利用CVD工藝，在所述SOI襯底表面形成第一保護層；

(b2)采用第一掩膜版，利用光刻工藝在所述第一保護層上形成有源區(qū)圖形；

(b3)利用干法刻蝕工藝，在所述有源區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第一保護層及所述SOI襯底的頂層Si層從而形成有所述有源區(qū)溝槽。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b)之后，還包括：

(x1)利用氧化工藝，對所述有源區(qū)溝槽側(cè)壁進行氧化以在所述有源區(qū)溝槽側(cè)壁形成氧化層；

(x2)利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述氧化層以完成對所述有源區(qū)溝槽側(cè)壁的平整化。

這樣做的好處在于：可以防止溝槽側(cè)壁的突起形成電場集中區(qū)域，造成Pi和Ni結(jié)擊穿。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(f)包括：

(f1)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積P型Si材料；

(f2)采用第四掩膜版，利用干法刻蝕工藝刻蝕所述P型Si材料以在所述有源區(qū)溝槽的側(cè)壁形成所述P區(qū)；

(f3)利用選擇性刻蝕工藝去除整個襯底表面的所述第二保護層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(g)包括：

(g1)利用原位摻雜工藝，在所述有源區(qū)溝槽內(nèi)淀積N型Si材料；

(g2)采用第五掩膜版，利用干法刻蝕工藝刻蝕所述N型Si材料以在所述有源區(qū)溝槽的另一側(cè)壁形成所述N區(qū)；

(g3)利用選擇性刻蝕工藝去除整個襯底表面的所述第三保護層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(k)之前，還包括：

(y1)在整個襯底表面淀積第四保護層并將所述有源區(qū)溝槽填滿；

(y2)利用退火工藝激活所述P區(qū)和所述N區(qū)中的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(k)包括：

(k1)采用第六掩膜版，利用光刻工藝在所述第四保護層表面形成引線孔圖形；

(k2)利用各向異性刻蝕工藝刻蝕所述第四保護層形成所述引線孔；

(k3)對所述引線孔濺射金屬材料；

(k4)鈍化處理并光刻PAD以形成所述固態(tài)等離子二極管串。

本發(fā)明實施例利用原位摻雜工藝能夠制備并提供適用于形成多層全息天線的固態(tài)等離子二極管。

實施例二

請參見圖4a-圖4r，圖4a-圖4r為本發(fā)明實施例的另一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管的制造方法示意圖；在上述實施例一的基礎(chǔ)上，以制備溝道長度為22nm(固態(tài)等離子區(qū)域長度為100微米)的具有SiO₂保護作用的固態(tài)等離子二極管為例進行詳細說明，具體步驟如下：

S10、選取SOI襯底。

請參見圖4a，該SOI襯底101的晶向為(100)，另外，該SOI襯底101的摻雜類型為p型，摻雜濃度為10¹⁴cm^-3的，頂層Si的厚度例如為20μm。

S20、在所述SOI襯底表面淀積一層氮化硅。

請參見圖4b，采用化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition，簡稱CVD)的方法，在SOI襯底101上淀積氮化硅層201。

S30、刻蝕SOI襯底形成有源區(qū)溝槽。

請參見圖4c-1，利用光刻工藝在所述氮化硅層上形成有源區(qū)圖形，利用干法刻蝕工藝在所述有源區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述保護層及頂層硅從而形成有源區(qū)301，俯視圖請參見圖4c-2。

S40、有源區(qū)四周平坦化處理。

請參見圖4d-1，氧化所述有源區(qū)的四周側(cè)壁以使所述有源區(qū)的四周側(cè)壁形成氧化層401，俯視圖請參見圖4d-2；

請參見圖4e-1，利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述有源區(qū)的四周側(cè)壁氧化層以完成所述有源區(qū)的四周側(cè)壁平坦化，俯視圖請參見4e-2。

S50、在所述襯底表面淀積一層SiO₂。

請參見圖4f，利用CVD方法在所述襯底上淀積一層二氧化硅601。

S60、光刻所述SiO₂層。

請參見圖4g，利用光刻工藝在所述SiO₂層上形成P區(qū)圖形，利用濕法刻蝕工藝去除P區(qū)圖形上的SiO₂層。

S70、形成P區(qū)。

請參見圖4h，具體做法可以是：利用原位摻雜的方法，在所述SOI襯底表面的P區(qū)圖形上淀積p型硅形成P區(qū)801，通過控制氣體流量來控制P區(qū)的摻雜濃度。

S80、平整化襯底表面。

請參見圖4i，具體做法可以是：先利用干法刻蝕工藝使P區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的SiO₂層。

S90、在所述襯底表面淀積一層SiO₂。

請參見圖4j，具體做法可以是：利用CVD方法在所述襯底表面淀積二氧化硅層1001。

S100、光刻所述SiO₂層。

請參見圖4k，利用光刻工藝在所述SiO₂層上形成N區(qū)圖形；利用濕法刻蝕工藝去除N區(qū)上的SiO₂層。

S110、形成N區(qū)。

請參見圖4l，利用原位摻雜的方法，在所述SOI襯底表面的N區(qū)圖形上淀積n型硅形成N區(qū)1201，通過控制氣體流量來控制N區(qū)的摻雜濃度。

S120、平整化襯底表面。

請參見圖4m，先利用干法刻蝕工藝使N區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的SiO₂層。

S130、襯底表面平坦化。

請參見圖4n，可以利用CMP的方法，去除所述襯底表面的氮化硅層和多晶硅，從而使襯底表面平整化。

S140、淀積二氧化硅。

請參見圖4o，利用CVD方法在襯底表面淀積一層二氧化硅1501并將有源區(qū)溝槽填滿。

S150、雜質(zhì)激活。

在950-1150℃，退火0.5～2分鐘，使離子注入的雜質(zhì)激活、并且推進有源區(qū)中雜質(zhì)。

S160、在P、N接觸區(qū)光刻引線孔。

請參照圖4p，在二氧化硅(SiO₂)層上光刻引線孔1601。

S170、形成引線。

請參照圖4q，可以在襯底表面濺射金屬，合金化形成金屬硅化物，并刻蝕掉表面的金屬；再在襯底表面濺射金屬1701，光刻引線，并將引線連接。

S180、鈍化處理，光刻PAD。

請參照圖4r，可以通過淀積氮化硅(SiN)形成鈍化層1801，光刻PAD。最終形成固態(tài)等離子二極管，作為制備固態(tài)等離子天線材料。

實施例三

請參照圖5，圖5為本發(fā)明實施例的另一種制備全息天線的固態(tài)等離子二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖。該固態(tài)等離子二極管采用上述如圖3所示的制造方法制成。具體地，該固態(tài)等離子二極管在SOI襯底301上制備形成，且固態(tài)等離子二極管的P區(qū)303、N區(qū)304以及橫向位于該P區(qū)303和該N區(qū)304之間的i區(qū)均位于該SOI襯底的頂層Si層302內(nèi)。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明固態(tài)等離子二極管及其制造方法的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準。