本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領域，具體涉及一種具備SiO₂保護層的頻率可重構(gòu)全息天線的制備方法。

背景技術(shù)：

可重構(gòu)天線的概念提出于20世紀60年代?？芍貥?gòu)是指多天線陣列中各陣元之間的關(guān)系是可以根據(jù)實際情況靈活可變的，而非固定的。它主要是通過調(diào)整狀態(tài)可變器件，實現(xiàn)天線性能的可重構(gòu)?？芍貥?gòu)天線按功能可分為頻率可重構(gòu)天線(包括實現(xiàn)寬頻帶和實現(xiàn)多頻帶)、方向圖可重構(gòu)天線、極化可重構(gòu)天線和多電磁參數(shù)可重構(gòu)天線。通過改變可重構(gòu)天線的結(jié)構(gòu)可以使天線的頻率、波瓣圖、極化方式等多種參數(shù)中的一種或幾種實現(xiàn)重構(gòu)，因其具有體積小、功能多、易于實現(xiàn)分集應用的優(yōu)點，已經(jīng)成為研究熱點。

全息天線由源天線和全息結(jié)構(gòu)組成。結(jié)合實際需求，選擇適當?shù)奶炀€作為源天線，通過加載全息結(jié)構(gòu)來改變饋源的輻射，以獲得所需的目標天線的輻射特性，通過給定的電磁波輻射的干涉圖進而推算天線結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的反射面天線相比，全息結(jié)構(gòu)具有靈活的構(gòu)建形式，便于和應用環(huán)境一體設計，應用范圍很廣泛。

因此，如何制作高性能的頻率可重構(gòu)全息天線，尤其是利用半導體工藝來進行制作，就變得非常有意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種具備SiO₂保護層的頻率可重構(gòu)全息天線的制備方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明的實施例提供了一種具備SiO₂保護層的頻率可重構(gòu)全息天線的制備方法，所述全息天線包括SOI襯底、第一天線臂、第二天線臂及全息圓環(huán)；其中，所述制備方法包括：

選取SOI襯底；刻蝕所述SOI襯底形成有源區(qū)溝槽；

對所述有源區(qū)溝槽分別淀積P型Si材料和N型Si材料形成P區(qū)和N區(qū)；光刻引線孔并金屬化處理以形成所述具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管；

所述固態(tài)等離子體PiN二極管依次首尾相連構(gòu)成固態(tài)等離子體PiN二極管串；

由多段所述固態(tài)等離子體PiN二極管串組成所述第一天線臂、第二天線臂及全息圓環(huán)；

制作所述直流偏置線和同軸饋線；以形成所述可重構(gòu)全息天線。

在本發(fā)明的一個實施例中，選取SOI襯底；刻蝕所述SOI襯底形成有源區(qū)溝槽，包括：

利用CVD工藝，在所述SOI襯底表面形成第一保護層；

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；

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，對所述有源區(qū)溝槽分別淀積P型Si材料和N型Si材料形成P區(qū)和N區(qū)，包括：

在整個襯底表面淀積第二保護層；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；

利用濕法刻蝕工藝去除P區(qū)圖形上的所述第二保護層；

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)；

在整個襯底表面淀積第三保護層；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；

利用濕法刻蝕工藝去除N區(qū)圖形上的所述第三保護層；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)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述的制備方法還應包括：

在整個襯底表面生成SiO₂材料；利用退火工藝激活所述P型有源區(qū)及所述N型有源區(qū)中的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述全息圓環(huán)為由八段等長的具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管串排列形成正八邊形結(jié)構(gòu)，其中，所述正八邊形的邊長與所述第一天線臂和所述第二天線臂長度之和相同。

其中，所述正八邊形的外接圓的半徑為所述天線接收或發(fā)送的電磁波波長的四分之三。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一天線臂和所述第二天線臂沿所述同軸饋線軸對稱分布且包括相同數(shù)量的具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管串。

在本發(fā)明的一個實施例中，還包括制作于所述SOI襯底的直流偏置線；所述直流偏置線間隔性的電連接至所述具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管串兩端；所述直流偏置線采用化學氣相淀積的方法制作于所述SOI襯底上，其材料為銅、鋁或經(jīng)過摻雜的多晶硅中的任意一種。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一天線臂和所述第二天線臂的導通長度根據(jù)預接收或發(fā)送的電磁波波長所確定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、體積小、剖面低，結(jié)構(gòu)簡單、易于加工。

2、采用同軸電纜作為饋源，無復雜饋源結(jié)構(gòu)。

3、采用固態(tài)等離子體PiN二極管作為天線的基本組成單元，只需通過控制其導通或斷開，即可實現(xiàn)頻率的可重構(gòu)。

4、所有組成部分均在半導體基片一側(cè)，易于制版加工。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種具備SiO₂保護層的頻率可重構(gòu)全息天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種具備SiO₂保護層的頻率可重構(gòu)全息天線的制備方法示意圖；

圖3a-圖3r為本發(fā)明實施例的一種具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管的制備方法示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例一

請參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種具備SiO₂保護層的頻率可重構(gòu)全息天線的制備方法，所述全息天線包括SOI襯底(1)、第一天線臂(2)、第二天線臂(3及全息圓環(huán)(14)；請參見圖2，圖2為所述制備方法流程圖，包括：

選取SOI襯底；刻蝕所述SOI襯底形成有源區(qū)溝槽；

對所述有源區(qū)溝槽分別淀積P型Si材料和N型Si材料形成P區(qū)和N區(qū)；光刻引線孔并金屬化處理以形成所述具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管；

所述固態(tài)等離子體PiN二極管依次首尾相連構(gòu)成固態(tài)等離子體PiN二極管串；

由多段所述固態(tài)等離子體PiN二極管串組成所述第一天線臂、第二天線臂及全息圓環(huán)；

制作所述直流偏置線和同軸饋線(4)；以形成所述可重構(gòu)全息天線。

其中，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)等離子體PiN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)等離子體PiN二極管的襯底。

在本發(fā)明的一個實施例中，選取SOI襯底(1)；刻蝕所述SOI襯底形成有源區(qū)溝槽，包括：

利用CVD工藝，在所述SOI襯底表面形成第一保護層；

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；

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，對所述有源區(qū)溝槽分別淀積P型Si材料和N型Si材料形成P區(qū)和N區(qū)，包括：

在整個襯底表面淀積第二保護層；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；

利用濕法刻蝕工藝去除P區(qū)圖形上的所述第二保護層；

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)；

在整個襯底表面淀積第三保護層；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；

利用濕法刻蝕工藝去除N區(qū)圖形上的所述第三保護層；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)等離子體PiN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)等離子體PiN二極管的電學性能，導致固態(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。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述的制備方法還應包括：

在整個襯底表面生成SiO₂材料；利用退火工藝激活所述P型有源區(qū)及所述N型有源區(qū)中的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述全息圓環(huán)(14)為由八段等長的具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管串排列形成正八邊形結(jié)構(gòu)，其中，所述正八邊形的邊長與所述第一天線臂(2)和所述第二天線臂(3)長度之和相同。

其中，所述正八邊形的外接圓的半徑為所述天線接收或發(fā)送的電磁波波長的四分之三。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一天線臂(2)和所述第二天線臂(3)沿所述同軸饋線(4)軸對稱分布且包括相同數(shù)量的具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管串。

在本發(fā)明的一個實施例中，請參考圖1，所述全息天線還包括制作于所述SOI襯底(1)的直流偏置線(5、6、7、8、9、10、11、12)；所述直流偏置線(5、6、7、8、9、10、11、12)間隔性的電連接至具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管串(w1、w2、w3、w4、w5、w6)兩端；

所述直流偏置線(5、6、7、8、9、10、11、12)采用化學氣相淀積的方法制作于所述SOI襯底(1)上，其材料為銅、鋁或經(jīng)過摻雜的多晶硅中的任意一種。

具體的，請參考圖1，該天線的所述SOI襯底(1)的第一天線臂(2)的任意兩段固態(tài)等離子體PiN二極管串之間的結(jié)合處及最外側(cè)固態(tài)等離子體PiN二極管串的末端處分別與直流偏置線(7、8、9)的一端相連，直流偏置線(7、8、9)的另一端均可在與正電壓相連狀態(tài)或者懸空狀態(tài)之間切換；第一天線臂(2)最內(nèi)側(cè)固態(tài)等離子體PiN二極管串靠近同軸饋線(4)的一端與直流偏置線(5)的一端相連，該直流偏置線(5)的另一端與負電壓相連；

第二天線臂(3)的任意兩段固態(tài)等離子體PiN二極管串之間的結(jié)合處及最外側(cè)固態(tài)等離子體PiN二極管串的末端處分別與直流偏置線(10、11、12)的一端相連，直流偏置線(10、11、12)的另一端均可在與正電壓相連狀態(tài)或者懸空狀態(tài)之間切換；第二天線臂(3)最內(nèi)側(cè)固態(tài)等離子體PiN二極管串靠近同軸饋線(4)的一端與直流偏置線(6)的一端相連，該直流偏置線(6)的另一端與負電壓相連；構(gòu)成全息圓環(huán)(14)的多個固態(tài)等離子體PiN二極管串(w7)的兩端均分別通過直流偏置線與正電壓和負電壓相連。

在工作時，僅直流偏置線(7、12)與電源正極相連，或者，僅直流偏置線(8、11)與電源正極相連，或者，僅直流偏置線(9、10)與電源正極相連，以實現(xiàn)第一天線臂(2)和第二天線臂(3)的天線臂的導通長度一致。

進一步地，直流偏置線(5、6、7、8、9、10、11、12)用于對固態(tài)等離子體PiN二極管串施加直流偏置，同軸饋線(4)的內(nèi)芯線和外導體(屏蔽層)分別焊接于固態(tài)等離子體PiN二極管偶極子天線臂的金屬觸片上且兩處焊接點分別接有直流偏置線(5、6)作為公共負極；固態(tài)等離子體PiN二極管依次首尾相連構(gòu)成固態(tài)等離子體PiN二極管串，在本實施例中，固態(tài)等離子體PiN二極管偶極子天線臂(2、3)均由三段固態(tài)等離子體PiN二極管串組成，每一個固態(tài)等離子體PiN二極管串都有直流偏置線外接電壓正極，其中偶極子天線臂可由多段二極管串組成，本實施例中的天線臂由三段二極管串組成只是一種示例，具體所需二極管的段數(shù)應由實際所需的工作頻段決定。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一天線臂和所述第二天線臂的導通長度根據(jù)預接收或發(fā)送的電磁波波長所確定。

采用本實施方式的頻率可重構(gòu)等離子全息天線體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、無復雜饋源結(jié)構(gòu)、頻率可快速跳變，且天線關(guān)閉時將處于電磁波隱身狀態(tài)，可用于各種跳頻電臺或設備；由于其所有組成部分均在半導體基片一側(cè)，為平面結(jié)構(gòu)，易于組陣，可用作相控陣天線的基本組成單元。

實施例二

請參見圖3a-圖3r，圖3a-圖3r為本發(fā)明實施例的一種具有SiO₂保護作用的固態(tài)等離子體PiN二極管的制備方法示意圖，在上述實施例一的基礎上，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)等離子體PiN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3a，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3b，采用化學氣相沉積(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3c-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3c-2。

S40、有源區(qū)四周平坦化處理。

請參見圖3d-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3d-2；

請參見圖3e-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2e2。

S50、在所述襯底表面淀積一層SiO₂。

請參見圖3f，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3g，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3h，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3i，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3j，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3k，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3l，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3m，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3n，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3o，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3p，在二氧化硅(SiO₂)層上光刻引線孔1601。

S170、形成引線。

請參照圖3q，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3r，可以通過淀積氮化硅(SiN)形成鈍化層1801，光刻PAD。最終形成具備SiO2保護層的固態(tài)等離子體PiN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4，圖4為本發(fā)明實施例的具備SiO₂保護層的固態(tài)等離子體PiN二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖。該固態(tài)等離子體PiN二極管采用上述如圖3所示的制備方法制成。具體地，該固態(tài)等離子體PiN二極管在SOI襯底301上制備形成，且PiN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)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。