氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng) 的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路的不斷發(fā)展，人們對(duì)電路系統(tǒng)的要求越來越高，不僅要求速度快、集 成度高，而且要求較低的功耗，這對(duì)集成電路的發(fā)展提出了不小的挑戰(zhàn)。開關(guān)電容濾波器是 一種大規(guī)模集成電路濾波器，它以速度快、集成度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于微波 通信系統(tǒng)中，但是隨著各方面的要求不斷提高，傳統(tǒng)的開關(guān)電容濾波器已經(jīng)不能滿足人們 的需求了，由GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET)制作的開關(guān)電容濾波器比傳統(tǒng)MOS器件構(gòu)成的開 關(guān)電容濾波器有著更快的速度，但是功耗問題卻一直難以控制。隨著電子器件尺寸的不斷 縮小，傳統(tǒng)MESFET開關(guān)由于其柵極的漏電流問題而導(dǎo)致了開關(guān)電容濾波器的功耗增加、性 能降低，因此對(duì)開關(guān)電容濾波器的功耗問題必須加以研宄。
[0003] 隨著MEMS技術(shù)的蓬勃發(fā)展，并且隨著對(duì)具有MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的MESFET器件的深 入研宄，將懸臂梁結(jié)構(gòu)的MESFET應(yīng)用于開關(guān)電容濾波器已成為了不可阻擋的趨勢(shì)，本發(fā)明 就是在半絕緣GaN襯底上設(shè)計(jì)了一種具有極小的柵極漏電流的懸臂梁開關(guān)電容濾波器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器 及制備方法，通過控制MESFET開關(guān)的懸臂梁與柵極是否接觸來實(shí)現(xiàn)開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，信 號(hào)經(jīng)過電容的充放電可以等效為一個(gè)電阻，經(jīng)過運(yùn)算放大器就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波，在本 發(fā)明的開關(guān)電容濾波器中，濾波器的中心頻率僅取決于電容的比值和開關(guān)的時(shí)鐘頻率，這 是開關(guān)電容濾波器的一大特色與優(yōu)點(diǎn)，也是影響濾波性能的決定性因素。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器制作在半絕緣型 GaN襯底上，由運(yùn)算放大器、N溝道MESFET和電容器組成，在半絕緣型GaN襯底上設(shè)有柵極、 N型溝道MESFET、錨區(qū)、懸臂梁、下拉電極、氮化硅介質(zhì)層、N型MESFET的源極、N型MESFET 的漏極；在兩個(gè)N溝道MESFET的上方設(shè)有懸浮的懸臂梁，懸臂梁由Au材料制作，通過錨區(qū) 橫跨在柵極的上方，在懸臂梁下方設(shè)有一個(gè)下拉電極，下拉電極是接地的，其上還覆蓋有氮 化硅介質(zhì)層，這兩個(gè)N溝道MESFET與電容Cl、C2和運(yùn)算放大器共同構(gòu)成開關(guān)電容濾波器， 具有低漏電流的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 偏置信號(hào)是加到懸臂梁上的，整個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)包括錨區(qū)、懸臂梁、下拉電極、氮化 硅介質(zhì)層，并且懸臂梁上接有高頻扼流圈L，N型MESFET源極接有隔直電容C0,下拉電極 是接地的，兩個(gè)N型MESFET的閾值電壓設(shè)計(jì)為相等，而懸臂梁的下拉電壓設(shè)計(jì)為與N型 MESFET的閾值電壓相等。只有當(dāng)N溝道MESFET的懸臂梁上的偏置電壓大于閾值電壓時(shí)，懸 浮的懸臂梁才會(huì)下拉貼至柵極上使得N溝道MESFET導(dǎo)通，否則N溝道MESFET就截止。
[0007] 第一N型MESFET開關(guān)和第二N型MESFET開關(guān)的懸臂梁7上接有完全對(duì)稱相反 的時(shí)鐘信號(hào)，這樣N型MESFET開關(guān)和N型MESFET開關(guān)就會(huì)處于一開一關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝籒型MESFET開關(guān)導(dǎo)通、第二N型MESFET開關(guān)截止時(shí)，輸入信號(hào)會(huì)向電容Cl充電，當(dāng)?shù)谝籒型 MESFET開關(guān)截止、第二N型MESFET開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電容C1就會(huì)向后級(jí)放電，再經(jīng)過積分電路 的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波功能，此開關(guān)電容濾波器的濾波性能僅取決于電容Cl、C2的比值和 開關(guān)頻率。
[0008] 該N溝道MESFET的源極和漏極由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成的歐姆接觸區(qū)構(gòu)成，柵極 是由金和溝道形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成。
[0009] 該N溝道MESFET的柵極上方設(shè)有一個(gè)懸浮的懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過錨區(qū)固定，與柵極 之間有一層空隙，輸入信號(hào)是加到懸臂梁上的，并非加載到柵極上，該懸臂梁由Au材料制 作，在懸臂梁的下方制作有一個(gè)下拉電極，同時(shí)還有一層絕緣介質(zhì)層覆蓋在下拉電極上，下 拉電極是接地的，當(dāng)正偏置加到懸臂梁上時(shí)，懸臂梁就會(huì)被下拉電極吸附下來，否則就處于 懸浮狀態(tài)，由于電容的充放電和運(yùn)算放大器的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)了濾波功能。
[0010] 在該MESFET的懸臂梁上還各自接上一個(gè)高頻扼流圈，該高頻扼流圈是為了防止 輸入交流信號(hào)通過懸臂梁的耦合作用對(duì)懸臂梁上的直流偏置產(chǎn)生影響，同時(shí)，輸入交流信 號(hào)也要通過一個(gè)隔直電容來防止懸臂梁上的直流偏置通過懸臂梁的耦合作用對(duì)輸入信號(hào) 的影響。
[0011] 本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器的制備方法如下：
[0012] 1)準(zhǔn)備半絕緣型GaN襯底；
[0013] 2)淀積一層氮化娃，光刻并刻蝕氮化娃，去除N型MESFET溝道區(qū)的氮化硅；
[0014] 3)N型MESFET溝道注入：注入磷，在氮?dú)猸h(huán)境下退火；退火完成后，在高溫下進(jìn)行 雜質(zhì)再分布，形成N型MESFET的溝道區(qū)；
[0015] 4)去除氮化硅層：采用干法刻蝕技術(shù)將氮化硅全部去除；
[0016] 5)光刻?hào)艠O，去除柵區(qū)的光刻膠；
[0017] 6)電子束蒸發(fā)鈦/鉑/金；
[0018] 7)去除剩余的光刻膠及光刻膠上的鈦/鉑/金；
[0019] 8)加熱，使鈦/鉑/金合金與N型MESFET溝道形成肖特基接觸；
[0020] 9)涂覆光刻膠，光刻并刻蝕N型MESFET源極和漏極區(qū)域的光刻膠；
[0021] 10)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行N型重?fù)诫s，在N型MESFET源極和漏極區(qū)域形成的N型重?fù)诫s 區(qū)，進(jìn)行快速退火處理；
[0022] 11)光刻源極和漏極，去除源極和漏極的光刻膠；
[0023] 12)真空蒸發(fā)金鍺鎳/金；
[0024] 13)去除光刻膠以及光刻膠上的金鍺鎳/金；
[0025] 14)合金化形成歐姆接觸，形成源極和漏極；
[0026] 15)涂覆光刻膠，去除引線、下拉電極和懸臂梁的錨區(qū)位置的光刻膠；
[0027] 16)蒸發(fā)第一層金，其厚度約為0. 3ym;
[0028] 17)去除光刻膠以及光刻膠上的金，形成引線、下拉電極和懸臂梁的錨區(qū)；
[0029] 18)淀積一層1000A厚的氮化硅；
[0030] 19)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層，保留在下拉電極上的氮化硅介質(zhì)層；
[0031] 20)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層：在GaN襯底上涂覆1.6ym厚的聚酰亞胺犧牲 層，要求填滿凹坑；光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留懸臂梁下方的犧牲層；
[0032] 21)蒸發(fā)鈦/金/鈦，其厚度為500/1500/ 300A;
[0033] 22)光刻：去除要電鍍地方的光刻膠；
[0034] 23)電鍍金，其厚度為2ym;
[0035] 24)去除光刻膠：去除不需要電鍍地方的光刻膠；
[0036] 25)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成MEMS懸臂梁；
[0037] 26)釋放聚酰亞胺犧牲層：顯影液浸泡，去除懸臂梁下的聚酰亞胺犧牲層，去離子 水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下?lián)]發(fā)，晾干。
[0038] 在本發(fā)明中，MESFET的柵極上沒有偏置電壓，偏置電壓是加載到懸臂梁上的，該懸 臂梁通過錨區(qū)固定，懸浮在柵極上方，懸臂梁下方還有一個(gè)下拉電極，分布在錨區(qū)與柵極之 間，下拉電極接地，兩個(gè)N型MESFET的閾值電壓設(shè)計(jì)為相等，而懸臂梁的下拉電壓設(shè)計(jì)為與 N型MESFET的閾值電壓相等。只有當(dāng)N型MESFET的固支梁與下拉電極之間的電壓大于閾值 電壓時(shí)，懸臂梁才會(huì)下拉并吸附至柵極上，N型MESFET導(dǎo)通，否則N型MESFET截止，MESFET 開關(guān)的懸臂梁結(jié)構(gòu)使得柵極漏電流有效的得到降低，從而減小了開關(guān)電容濾波器的功耗。
[0039] 有益效果：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器具有可浮動(dòng)的懸 臂梁結(jié)構(gòu)，與柵極之間有一層空隙，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快，關(guān)鍵是柵極漏電流很小，這使得 開關(guān)電容濾波器的濾波性能更加優(yōu)越。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器的原理圖
[0041]圖2為本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器的俯視圖
[0042] 圖3為圖2氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器的P-P'向的剖面圖
[0043] 圖4為圖2氮化鎵基低漏電流懸臂梁的開關(guān)電容濾波器的A-A'向的剖面圖
[0044] 圖中包括：運(yùn)算放大器1，半絕緣型GaN襯底2,引線3,柵極4,N型MESFET溝道5， 錨區(qū)6,懸臂梁7,下拉電極8,氮化硅介質(zhì)層9,N型MESFET的源極10,N型MESFET的漏極 11，第一N型MESFET開關(guān)12,第二N型MESFET開關(guān)13,高頻扼流圈L，隔