本發(fā)明涉及集成式射頻器件的領域。

背景技術：

集成式器件通常制造于晶片形式的襯底上，所述晶片主要用作集成式器件制造的媒介。然而，這些器件的集成水平和期望性能的提高使得它們的性能與它們的形成所在的襯底的特性之間的聯(lián)系越來越強。特別是對處理頻率在大約3khz和300ghz之間的信號的射頻(rf)器件而言，其更具體地應用于電信領域(蜂窩電話、wi-fi、藍牙……)。

作為器件/襯底耦合的示例，源自于通過器件傳播的高頻信號的電磁場深深地穿透至襯底中，在襯底中電磁場與位于那里的任何電荷載流子相互作用。這導致下述問題：信號的非線性失真(諧波)、通過插入損耗引起的信號的一部分能量的不必要消耗以及部件之間的可能影響。

因此，rf器件顯示出由其架構和生產工藝以及它們被制造所在的襯底的性能二者所決定的，用以限制插入損耗、相鄰器件之間的串擾(diaphonies)以及產生諧波的非線性失真的現(xiàn)象的特性。

隨著由“多媒體”應用而產生的對數(shù)據(jù)需求的激增，移動電話標準(2g、3g、lte、lte-a…)的變化同樣對rf部件施加越來越嚴格的規(guī)范。通常需要在-20℃和+120℃之間保證這些部件的rf性能，這意味著在該溫度范圍內襯底的電氣屬性應是穩(wěn)定的。

除了功率放大器之外的射頻設備(例如，開關和天線適配器)可以在不同類型的襯底上制造。

通常稱為sos的藍寶石襯底上硅是已知的，其中，在硅的表面層中利用微電子技術制造的部件受益于與溫度無關的藍寶石襯底的絕緣屬性。例如，在這種類型的襯底上制造的天線開關和功率放大器顯示出非常好的質量因數(shù)，但由于該解決方案的總體成本而主要用于特殊(niche)應用。

基于高電阻率硅的襯底也是已知的，其包括支撐襯底、布置在支撐襯底中的捕獲層、布置在捕獲層上的電介質層、以及布置在電介質層上的半導體層。支撐襯底通常具有大于1kohm.cm的電阻率。捕獲層可以包括未摻雜的多晶硅。根據(jù)現(xiàn)有技術的高電阻率支撐襯底和捕獲層的組合使得能夠降低上述的器件/襯底耦合，從而確保rf器件的良好性能。在這方面，本領域技術人員將會在woodhead出版社出版的“絕緣體上硅(soi)技術、制造和應用(silicon-on-insulator(soi)technology,manufactureandapplications)”(olegkononchuk和bich-yennguyen)的10.7和10.8部分中，找到對現(xiàn)有技術中已知的在高電阻率半導體襯底上制造的rf器件的性能的綜述。

然而，這些襯底不能滿足最嚴格的規(guī)范：例如，當局部加熱超過大約80℃時，由于襯底中的熱載流子的產生，這些襯底的電阻率下降，并且器件/襯底耦合再次成為信號的衰減和失真以及部件之間干擾的主要原因。當溫度降至0℃以下時，也會觀察到性能變差。

發(fā)明目的

因此，本發(fā)明的目的在于提供用于射頻應用的適合結構，從而解決現(xiàn)有技術的缺點。本發(fā)明的目的在于提供實現(xiàn)射頻性能的集成式結構，特別是就使用的溫度范圍而言。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及用于射頻應用的結構，其包括：

·半導體支撐襯底；

·捕獲層，其布置在支撐襯底上。

根據(jù)本發(fā)明，捕獲層的特點在于其包括大于預定缺陷密度的缺陷密度；所述預定缺陷密度是這樣的缺陷密度：其使得在溫度范圍[-20℃；+120℃]內，捕獲層的電阻率大于或等于10kohm.cm。

因此，根據(jù)本發(fā)明的用于射頻應用的結構顯示出對溫度穩(wěn)定的電氣屬性，從確保了在使用的溫度范圍內rf性能的良好的穩(wěn)定性和可重復性。

根據(jù)本發(fā)明的以單獨的或者組合的方式采用的有利特征：

-捕獲層在20℃具有大于10kohm.cm的電阻率，并且優(yōu)選地具有大于50kohm.cm的電阻率；

-在100℃與1200℃之間，捕獲層與支撐襯底之間的熱膨脹系數(shù)的差小于5ppm/k。

-捕獲層包括尺寸小于20nm的微結構，并且優(yōu)選地包括尺寸小于10nm的微結構；

-捕獲層包括多孔材料或多晶材料；

-捕獲層包括包含1％至20％的碳的多晶硅；

-捕獲層的厚度在10μm與50μm之間，并且優(yōu)選地在20μm與30μm之間；

-支撐襯底包括選自以下材料中的至少一種材料：硅、硅鍺和碳化硅；

-支撐襯底的電阻率在10ohm.cm與2000ohm.cm之間。

根據(jù)本發(fā)明的以單獨的或者組合的方式采用的另外的有利特征：

-有源層布置在捕獲層上；

-有源層通過直接鍵合而轉移至捕獲層；

-有源層由半導體材料形成；

-有源層由壓電材料形成；

-有源層的厚度包括在10μm與50μm之間；

-電介質層布置在捕獲層與有源層之間；

-電介質層通過直接鍵合而轉移至捕獲層；

-電介質層在10nm與6μm之間。

根據(jù)本發(fā)明的以單獨的或者組合的方式采用的其它有利特征，至少一個微電子器件存在于有源層上或者有源層中；

-微電子器件為開關電路或者天線適配電路，或甚至射頻放大電路；

-微電子器件包括多個有源部件和多個無源部件；

-微電子器件包括至少一個控制元件和一個mems開關元件，所述mems開關元件包括歐姆接觸微開關和電容性微開關；

-微電子器件為通過體聲波傳播或者表面聲波傳播而運轉的射頻濾波器。

附圖說明

從以下參考附圖的本發(fā)明的具體實施方式中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得清楚，其中：

-圖1表示根據(jù)本發(fā)明的用于射頻應用的結構，其包括襯底和捕獲層；

-圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的結構和根據(jù)本發(fā)明的結構的電阻率比較曲線；

-圖3a和圖3b分別表示根據(jù)本發(fā)明的用于射頻應用的結構，其進一步包括有源層；

-圖4a和圖4b分別表示根據(jù)本發(fā)明的用于射頻應用的結構，其進一步包括微電子器件。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的用于射頻應用的結構1、1’、11包括半導體支撐襯底2。支撐襯底2可以由通常用于微電子、光學、光電和光伏工業(yè)中的材料制備。具體而言，支撐襯底2可以包括選自下組的至少一種材料：硅、硅鍺和碳化硅等。支撐襯底的電阻率可以在1ohm.cm與10,000ohm.cm之間；有利地在10ohm.cm與2000ohm.cm之間。

如圖1、3和4所示，用于射頻應用的結構1、1’、11還包括布置在支撐襯底2上的捕獲層3。捕獲層包括大于預定缺陷密度的缺陷密度；預定缺陷密度是這樣的缺陷密度：對于該缺陷密度，在[-20℃；+120℃]的溫度范圍內，捕獲層的電阻率大于或等于10kohm.cm。

可以利用包括透射電子顯微鏡(tem)的不同方法來確定缺陷數(shù)量或缺陷密度。因此，缺陷密度是已知的，捕獲層3的電阻率可以在不同溫度下測量。作為示例，預定缺陷密度可以在10¹⁹cm^-3與10²¹cm^-3之間(例如，對由多晶硅制備的捕獲層而言)。

對于與高電阻率相關的在捕獲層3中的足夠的缺陷密度(根據(jù)本發(fā)明的所述預定缺陷密度)而言，層3中的導電機制由跳躍傳導(hoppingconductivity)機制主導。這使得在溫度范圍[-20℃；+120℃]中，能夠將電阻率水平保持在10kohm.cm的閾值之上。本領域的技術人員將在文獻“n.f.mott，phil.mag，19,835,1969”中找到對跳躍導電性的介紹。

“缺陷”(并不希望是限制性的)是指多晶材料中的晶界、多孔材料中的空區(qū)域、間隙、包含物……。

有利地，捕獲層3包括尺寸小于20nm的微結構；優(yōu)選地，微結構甚至具有小于10nm的尺寸。“微結構”表示微晶，特別是對多晶材料而言，也被稱為晶粒。

因而，捕獲層3中的微結構越小，捕獲層的缺陷密度可能越大。

有利地，捕獲層3也具有大于10kohm.cm的電阻率(在環(huán)境溫度下)；優(yōu)選地，其具有大于50kohm.cm的電阻率。

捕獲層3的上述物理特性(微結構)和電氣特性(電阻率)確保了捕獲層中的跳躍導電機制，顯示出低的溫度依賴水平；與現(xiàn)有技術的層相比，捕獲層3的電阻率同樣顯示出低溫度依賴性，從而在整個預期的溫度范圍內保持大于10kohm.cm的水平。

捕獲層3的厚度可以在10mm和50mm之間；優(yōu)選地，在20nm與30mm之間。捕獲層3的厚度使得源自在結構1、1’上制造的部件的rf信號穿透捕獲層3并且主要在捕獲層3中傳播，而不到達下面的支撐襯底2。支撐襯底2和捕獲層3組件的電氣屬性因而主要由捕獲層3的屬性決定。因此，對支撐襯底2的電阻率的要求較低。對硅襯底而言，具有在10ohm.cm至1000ohm.cm范圍內的電阻率的襯底的成本和可用性比具有非常高電阻率(>1000ohm.cm和高達20kohm.cm)的襯底更加有利。

捕獲層3在100℃與1200℃之間相對于支撐襯底2也具有小的熱膨脹系數(shù)差，且有利地小于5ppm/k。實際上，隨后在捕獲層3的頂部制造rf部件通常需要在超過850℃，甚至超過1100℃(例如，1200℃)的溫度下的熱處理步驟。在這樣的溫度下，以及對于幾十微米量級的捕獲層3的厚度，捕獲層3與支撐襯底2之間的熱膨脹系數(shù)的過大差異可能導致與隨后的制造工藝不兼容的變形，甚至容易使襯底斷裂。捕獲層3與支撐襯底2之間的熱膨脹系數(shù)的差小于5ppm/k避免了結構斷裂的風險。

捕獲層3有利地包括多孔或多晶材料。根據(jù)第一非限制性示例，支撐襯底2為硅襯底，并且捕獲層3為多孔硅層，捕獲層包括尺寸小于20nm的微結構，具有大于50％的孔隙率和30mm的厚度。多孔硅層的形成有利地包括以下步驟：

-在支撐襯底上通過外延來形成摻雜硅p(例如，硼)的層，其中，在900℃與1200℃之間的溫度下，利用三氯硅烷和乙硼烷(b2h6)作為前體，借助于氣相沉積方法來進行該形成。

-隨后，電化學陽極氧化。

微結構的尺寸使得捕獲層3的電阻率大于10kohm.cm，在整個溫度范圍[-20℃；120℃]都是穩(wěn)定的。在高溫熱處理步驟(通常高達1100℃)，捕獲層3的孔不受影響：由于層3中的晶粒的尺寸決定了所述層3的電阻率，所以在用于制造部件的熱處理之后，其電氣屬性保持不變。

根據(jù)第二非限制性示例，支撐襯底2為硅襯底，并且捕獲層3為多晶硅層，其包括尺寸小于20nm(優(yōu)選地小于10nm)并且厚度在10μm與50μm之間(例如，30μm)的晶粒。支撐襯底2與捕獲層3之間的熱膨脹系數(shù)的差小于5ppm/k，并且防止襯底的能夠導致其斷裂的任何過度變形。此外，捕獲層3在環(huán)境溫度下具有大于50kohm.cm的電阻率。

為了使得捕獲層3在應用高溫熱處理(后續(xù)制造rf部件所需)之后保持其物理特性(微結構)，多晶硅層有利地包括含量在1％與20％之間(例如，5％)的碳。這種捕獲層3的形成需要使用氣相化學沉積方法。在這種情況下的層形成溫度必須大于700℃，優(yōu)選地大于900℃，甚至更優(yōu)選地在1100℃與1200℃之間。碳(c)前體可以包括選自以下組分中的至少一種：甲基硅烷(sih3ch3)、甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、丙烷(c3h8)、丁烷(c4h10)和甲基三氯硅烷(sich3cl3)。硅(si)前體可以包括選自以下組分中的至少一種：硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)、二氯硅烷(sih2cl2)、三氯硅烷(sihcl3)和四氯硅烷(sicl4)。

多晶硅層的碳摻雜能夠在熱退火期間(包括大于850℃，例如，1200℃的溫度升高)穩(wěn)定晶粒尺寸。實際上，沒有這種碳摻雜，多晶硅捕獲層3的晶粒受到重構并且經歷尺寸的增大；這導致捕獲層3的電阻率急劇降低并使其電氣特性變差。

在碳摻雜被引入多晶硅捕獲層3中的情況下，碳原子聚集在晶界處，并且在包括溫度升高超過850℃的熱退火期間凍結晶粒的任何重構。因此，用于制造部件的熱處理階段不影響捕獲層3的物理和電氣屬性。

圖2示出了在[20℃；-140℃]的溫度范圍模擬的根據(jù)本發(fā)明的捕獲層3的電阻率(曲線c)：將注意到，至少在高達120℃(對應于預期溫度范圍的上限)處，所述層3的電阻率大于10kohm.cm。相比之下，現(xiàn)有技術結構的模擬電阻率(曲線a和b)在120℃顯示出遠低于10kohm.cm的值，這使得rf性能不能滿足移動電話的lte(長期演進)標準的嚴格規(guī)范。根據(jù)本發(fā)明的用于rf應用的結構1、1’、11就其本身而言，將保證對使用范圍內的溫度變化不敏感的穩(wěn)定性能。

根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，用于射頻應用的結構1可以采用具有與微電子工藝相兼容的尺寸(例如，直徑為200mm或300mm)的晶片的形式，該結構包括支撐襯底2和捕獲層3。盡管這些制造示例并不是窮盡的，但是捕獲層3可以根據(jù)上述第一示例或第二示例制造。

根據(jù)如圖3a所示的本發(fā)明的第二實施方案，用于射頻應用的結構可以采用晶片的形式，并且進一步包括布置在捕獲層3上的有源層5，在有源層5中和上能夠制造rf部件。有源層5可以有利地由半導體材料和/或壓電材料組成。有利地，而并非限制性的，有源層5包括以下材料中的至少一種：硅、碳化硅、硅鍺、鈮酸鋰、鉭酸鋰、石英和氮化鋁。有源層5的厚度可以根據(jù)要制造的部件而在幾納米(例如，10nm)與幾十微米(例如，50mm)之間變化。

作為示例，利用本領域技術人員公知的轉移薄層的方法之一將有源層5轉移至包括捕獲層3的支撐襯底2，其中：

smartcut^tm方法，其基于在供體襯底中的氫和/或氦的輕離子注入以及例如通過分子粘附將該供體襯底結合到捕獲層3(其對應地布置在支撐襯底2上)；分離步驟隨后使得在由離子注入深度限定的脆化平面的水平處分離供體襯底的表面薄層(有源層)?？赡馨ǜ邷責崽幚淼木庸げ襟E最終使有源層5具有所需的結晶度和表面質量。該方法特別適用于制造厚度在幾納米與約1.5mm之間的薄有源層，例如對于硅層。

-在smartcut方法之后進行外延步驟使得尤其能夠獲得較厚的有源層，例如在幾十nm與20mm之間。

-直接鍵合以及機械、化學和/或化學機械方法；它們涉及通過分子粘附而將供體襯底組裝在捕獲層3(其對應地布置在支撐襯底2上)上，隨后通過例如研磨和cmp(化學機械拋光)來將供體襯底減薄到期望的有源層厚度。這些方法尤其適合于轉移例如在幾微米與幾十微米之間和高達數(shù)百微米的厚層。

根據(jù)如圖3b所示的第二實施方案的變型，用于射頻應用的結構1’還可以包括布置在有源層5與捕獲層3之間的電介質層4。有利地，而并非限制性的，電介質層4將包括以下材料中的至少一種：二氧化硅、氮化硅和氧化鋁……其厚度可以在10nm與6mm之間變化。

在將有源層5轉移至捕獲層3之前，通過在捕獲層3或供體襯底上進行熱氧化、或通過lpcvd或pecvf或hpd沉積來獲得電介質層4。

根據(jù)圖4a所示的第三實施方案，用于射頻應用的結構11還可以包括在有源層5上或中的微電子器件6或由其組成，其中有源層5布置在電介質層4上或直接布置在捕獲層3上。微電子器件6可以是利用硅微電子技術制造的開關電路、適配電路或調諧器電路、甚至功率放大器電路。硅有源層5通常具有50nm與180nm之間(例如，145nm)的厚度，并且下面的電介質層4具有50nm與400nm之間(例如，200nm)的厚度；捕獲層3布置在電介質層4與支撐襯底2之間。制造在有源層5中和上的微電子器件6包括多個有源部件(mos、雙極型……)和多個無源部件(電容、電感、電阻、諧振器和濾波器類型……)。微電子部件的制造需要進行幾個包括在高溫下(通常在950℃至1100℃甚至更高)的熱處理的步驟。在前述的第一示例和第二示例中描述的捕獲層3在這種熱處理之后保持它們的物理和電氣屬性。

在該實施方案的變型中，微電子器件6可以最初制造在soi(絕緣體上硅)型襯底上，并且隨后使用本領域技術人員已知的層轉移方法轉移至根據(jù)本發(fā)明的結構1，該結構1包括布置在支撐襯底2上的捕獲層3。在這種情況下，如圖4b所示，結構11包括其上布置有捕獲層3的支撐襯底2；微電子器件6的部件的層出現(xiàn)在捕獲層3的頂部：金屬互連層和電介質的所謂的“后端”布置在捕獲層3的頂部，部分地制造在有源層中的所謂的“前端”(硅)本身在“后端”部分的頂部。最后，有源層5和可選的電介質層4’進一步位于頂部。

在這兩種情況下，由于捕獲層3的電阻率大于10kohm.cm，而且在整個使用的溫度范圍[-20℃；120℃]內大于10kohm.cm，所以源自于旨在器件6中傳播的高頻信號并且將穿透進入捕獲層3中的電磁場將僅遭受輕微的損耗(插入損耗)和干擾(串擾，諧波)。

根據(jù)第四實施方案，用于射頻應用的結構11可以包括以至少一個控制元件和mems(微機電系統(tǒng))開關元件為主的電子器件6或由其組成，所述mems開關元件由歐姆接觸微開關和電容性微開關組成。

在硅的有源層5下設置電介質層4可以有利于mems的制造。因此，除了在下面的厚度在20nm和1000nm之間(有利地為400nm)的電介質層4之外，根據(jù)本發(fā)明的結構11還可以包括例如由硅制備的厚度在20nm與2000nm之間(有利地為145nm)的有源層5；捕獲層3布置在電介質層4與支撐襯底2之間。mems元件的制造隨后基于表面微加工方法，其特別是允許硅的有源層5中的粱(poutres)或活動膜的釋放。

可替選地并且如本領域技術人員所公知的，mems元件可以通過連續(xù)地沉積多個層(包括電極、電介質、犧牲層和有源層)以及通過在這些不同的層上創(chuàng)建圖案而直接制造在捕獲層3上。

通常在mems元件之前進行的用于制造控制元件(例如cmos)的微電子方法要求(如在上述實施方案中的)應用在高溫下的熱處理。根據(jù)本發(fā)明的捕獲層3在這種類型的處理期間事實上不會發(fā)生任何物理和電氣變化是非常有利的。

以與第三實施方案相同的方式，在該器件中傳播的高頻信號產生穿透進入捕獲層3中的電磁場。由于在用于器件6的使用的整個預期溫度范圍內捕獲層3的在10kohm.cm的更高的電阻率，損耗(插入損耗)、失真(諧波)和其它干擾(串擾……)將會變小。

根據(jù)第五實施方案，用于射頻應用的結構11可以包括以通過體聲波傳播(被稱為baw，bulkacousticwave)運轉的射頻濾波器為主的微電子器件6或由其構成。

fbar(薄膜體聲諧振器)型的baw濾波器的制造需要在兩個環(huán)繞電極之間由壓電材料形成的有源層5(其中限定聲波)。因此，除了電介質層4(例如，由氧化硅組成，其厚度在1mm至6mm之間)之外，根據(jù)本發(fā)明的結構11還可以包括例如由厚度在50nm與1mm之間(有利地為100nm)的氮化鋁制備的有源層5；捕獲層3布置在電介質層4與支撐襯底2之間。絕緣腔布置在濾波器的有源區(qū)域之下，即聲波將在其中傳播的區(qū)域。

baw濾波器的制造還需要涉及沉積電極(rf信號將施加至其上)的步驟。

根據(jù)本發(fā)明的結構能夠一方面限制絕緣腔的深度，由于在整個預期的溫度范圍內，捕獲層3的電阻率大于10kohm.cm，所以絕緣腔相對于襯底的絕緣功能變得不那么重要；這對于這些器件的制造過程的簡化、靈活性和魯棒性方面是一個優(yōu)點。此外，根據(jù)本發(fā)明的結構11能夠在用于器件6的使用的整個預期溫度范圍內獲得更好的濾波器性能，特別是在線性方面。

在該第五實施方案的變型中，微電子器件6包括通過表面聲波傳播(稱為saw，surfaceacousticwave)運轉的射頻濾波器。

saw濾波器的制造需要由壓電材料形成的有源層5，在其表面上將制造梳狀的電極陣列：聲波旨在在這些電極之間傳播。因此，根據(jù)本發(fā)明的結構11可以包括例如由鉭酸鋰制備的厚度在200nm與20mm之間(有利地為0.6mm)的有源層5；捕獲層3布置在有源層5與支撐襯底2之間。電介質層4可以可選地添加在有源層5與捕獲層3之間。

根據(jù)本發(fā)明的結構11能夠在用于器件6的使用的整個預期溫度范圍內獲得更好的濾波器性能，特別是在插入損耗和線性方面。

根據(jù)本發(fā)明的用于射頻應用的結構1、1’、11不限于上述實施方案。因為布置在支撐襯底2上的捕獲層3的物理和電氣特性使結構1、1’、11具有的在使用的溫度范圍內(即，[-20℃；120℃])穩(wěn)定的良好的rf屬性(限制損耗、非線性和其他干擾)，所以它們適合于其中有高頻信號傳播并且易于經受在支撐襯底2中的不期望的損耗或干擾的任何應用。