本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于可重構(gòu)全息天線的Ge基等離子pin二極管的制備方法。

背景技術(shù)：

天線的性能直對(duì)無線通信系統(tǒng)有重要影響，其中，可重構(gòu)天線和全息天線因?yàn)閼?yīng)用范圍，或在特定的范圍內(nèi)有突出的優(yōu)點(diǎn)而受到很多研究人員的關(guān)注。

等離子體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，它可通過改變等離子體密度來改變天線的瞬時(shí)帶寬，且具有大的動(dòng)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(dòng)態(tài)參數(shù)，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(diǎn)。

目前，國內(nèi)外應(yīng)用于等離子可重構(gòu)天線的pin二極管采用的材料均為體硅材料，此材料存在本征區(qū)載流子遷移率較低問題，影響pin二極管本征區(qū)載流子濃度，進(jìn)而影響其固態(tài)等離子體濃度；并且該結(jié)構(gòu)的P區(qū)與N區(qū)大多采用注入工藝形成，此方法要求注入劑量和能量較大，對(duì)設(shè)備要求高，且與現(xiàn)有工藝不兼容；而采用擴(kuò)散工藝，雖結(jié)深較深，但同時(shí)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pin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。

因此，選擇何種材料及工藝來制作一種等離子pin二極管以應(yīng)用于固態(tài)等離子天線就變得尤為重要。

技術(shù)實(shí)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)明提出一種應(yīng)用于可重構(gòu)全息天線的Ge基等離子pin二極管的制備方法。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)用于可重構(gòu)全息天線的Ge基等離子pin二極管的制備方法，其中，所述Ge基等離子pin二極管用于制作可重構(gòu)全息天線，所述可重構(gòu)全息天線包括：GeOI半導(dǎo)體基片(1)；制作在所述GeOI半導(dǎo)體基片(1)上的第一天線臂(2)、第二天線臂(3)、同軸饋線(4)及全息圓環(huán)(14)；其中，所述第一天線臂(2)和所述第二天線臂(3)包括分布在所述同軸饋線(4)兩側(cè)且等長的Ge基等離子pin二極管串，所述全息圓環(huán)(14)包括多個(gè)Ge基等離子pin二極管串(w7)；所述制備方法包括步驟：

(a)選取某一晶向的GeOI襯底，在所述GeOI襯底表面形成第一保護(hù)層；利用光刻工藝在所述第一保護(hù)層上形成第一隔離區(qū)圖形；利用干法刻蝕工藝在所述第一隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第一保護(hù)層及所述GeOI襯底以形成隔離槽，且所述隔離槽的深度大于等于所述GeOI襯底的頂層Ge的厚度；填充所述隔離槽以形成所述Ge基等離子pin二極管的所述隔離區(qū)；

(b)刻蝕所述GeOI襯底形成P型溝槽和N型溝槽，所述P型溝槽和所述N型溝槽的深度小于所述GeOI襯底的頂層Ge的厚度；

(c)在所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)采用離子注入形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(d)填充所述P型溝槽和所述N型溝槽，并采用離子注入在所述GeOI襯底的頂層Ge內(nèi)形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)；

(e)在所述GeOI襯底上形成引線，以完成所述Ge基等離子pin二極管的制備。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述第一保護(hù)層包括第一二氧化硅層和第一氮化硅層；相應(yīng)地，在所述GeOI襯底表面形成第一保護(hù)層，包括：

(a1)在所述GeOI襯底表面生成二氧化硅以形成第一二氧化硅層；

(a2)在所述第一二氧化硅層表面生成氮化硅以形成第一氮化硅層。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(b)包括：

(b1)在所述GeOI襯底表面生成二氧化硅以形成第二二氧化硅層，并且，在所述第二二氧化硅層表面生成氮化硅以形成第二氮化硅層，進(jìn)而在所述GeOI襯底表面形成第二保護(hù)層；

(b2)利用光刻工藝在所述第二保護(hù)層上形成第二隔離區(qū)圖形；

(b3)利用干法刻蝕工藝在所述第二隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第二保護(hù)層及所述GeOI襯底以形成所述P型溝槽和所述N型溝槽。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(c)包括：

(c1)氧化所述P型溝槽和所述N型溝槽以使所述P型溝槽和所述N型溝槽的內(nèi)壁形成氧化層；

(c2)利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的氧化層以完成所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的平整化；

(c3)對(duì)所述P型溝槽和所述N型溝槽進(jìn)行離子注入以形成所述第一P型有源區(qū)和所述第一N型有源區(qū)，所述第一N型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述N型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域，所述第一P型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述P型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(c3)包括：

(c31)光刻所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(c32)采用帶膠離子注入的方法對(duì)所述P型溝槽和所述N型溝槽分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(c33)去除光刻膠。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(d)包括：

(d1)利用多晶硅填充所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(d2)平整化處理所述GeOI襯底后，在所述GeOI襯底上形成多晶硅層；

(d3)光刻所述多晶硅層，并采用帶膠離子注入的方法對(duì)所述P型溝槽和所述N型溝槽所在位置分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)且同時(shí)形成P型接觸區(qū)和N型接觸區(qū)；

(d4)去除光刻膠；

(d5)利用濕法刻蝕去除所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)以外的所述多晶硅層。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(e)包括：

(e1)在所述GeOI襯底上生成二氧化硅；

(e2)利用退火工藝激活有源區(qū)中的雜質(zhì)；

(e3)在所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)光刻引線孔以形成引線；

(e4)鈍化處理并光刻PAD以形成所述Ge基等離子pin二極管。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述全息圓環(huán)(14)由多個(gè)等長的Ge基等離子pin二極管串構(gòu)成并形成正多邊形結(jié)構(gòu)，所述正多邊形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。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述可重構(gòu)全息天線還包括制作于所述GeOI半導(dǎo)體基片(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)電連接于所述Ge基等離子pin二極管串及直流偏置電源之間。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述直流偏置線(5、6、7、8、9、10、11、12)采用銅、鋁或經(jīng)過摻雜的多晶硅利用CVD工藝制作于所述GeOI半導(dǎo)體基片(1)上。

由上可知，本發(fā)明實(shí)施例通過對(duì)Ge基等離子pin二極管的P區(qū)與N區(qū)采用了基于刻蝕的GeOI深槽刻蝕的多晶硅鑲嵌工藝，該工藝能夠提供突變結(jié)pi與ni結(jié)，并且能夠有效地提高pi結(jié)、ni結(jié)的結(jié)深，使固態(tài)等離子體的濃度和分布的可控性增強(qiáng)。并且，本發(fā)明制備的應(yīng)用于固態(tài)等離子可重構(gòu)天線的GeOI基等離子pin二極管采用了一種基于刻蝕的GeOI深槽介質(zhì)隔離工藝，有效地提高了器件的擊穿電壓，抑制了漏電流對(duì)器件性能的影響。另外，常規(guī)制作固態(tài)等離子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(duì)設(shè)備要求高，且與現(xiàn)有工藝不兼容；而采用擴(kuò)散工藝，雖結(jié)深較深，但同時(shí)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pin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。

通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當(dāng)知道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計(jì)，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因?yàn)槠鋺?yīng)當(dāng)參考附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當(dāng)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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種可重構(gòu)全息天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種Ge基等離子pin二極管的制作方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種Ge基等離子pin二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種Ge基等離子pin二極管串的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a-圖5s為本發(fā)明實(shí)施例的另一種Ge基等離子pin二極管的制備方法示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的另一種Ge基等離子pin二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

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

本發(fā)明提出了應(yīng)用于可重構(gòu)全息天線的Ge基等離子pin二極管的制備方法。該Ge基等離子pin二極管是基于絕緣襯底上的鍺(Germanium-On-Insulator，簡稱GeOI)形成橫向pin二極管，其在加直流偏壓時(shí)，直流電流會(huì)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(duì)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)。

GeOI橫向固態(tài)等離子pin二極管等離子可重構(gòu)天線可以是由GeOI橫向固態(tài)等離子pin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pin二極管選擇性導(dǎo)通，使該陣列形成動(dòng)態(tài)固態(tài)等離子體條紋、具備天線的功能，對(duì)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pin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(shí)現(xiàn)天線的重構(gòu)，在國防通訊與雷達(dá)技術(shù)方面具有重要的應(yīng)用前景。

以下，將對(duì)本發(fā)明制備的GeOI基固態(tài)等離子pin二極管的工藝流程作進(jìn)一步詳細(xì)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(shí)際尺寸。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)用于可重構(gòu)全息天線的Ge基等離子pin二極管的制備方法，其中，所述Ge基等離子pin二極管用于制作可重構(gòu)全息天線，請(qǐng)參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種可重構(gòu)全息天線的結(jié)構(gòu)示意圖，所述可重構(gòu)全息天線包括：GeOI半導(dǎo)體基片(1)；制作在所述GeOI半導(dǎo)體基片(1)上的第一天線臂(2)、第二天線臂(3)、同軸饋線(4)及全息圓環(huán)(14)；其中，所述第一天線臂(2)和所述第二天線臂(3)包括分布在所述同軸饋線(4)兩側(cè)且等長的Ge基等離子pin二極管串，所述全息圓環(huán)(14)包括多個(gè)Ge基等離子pin二極管串(w7)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的可重構(gòu)全息天線的天線臂由Ge基等離子pin二極管串組成，而Ge基等離子pin二極管具有選擇性導(dǎo)通的特點(diǎn)，在外部控件的控制下，Ge基等離子pin二極管的導(dǎo)通長度可靈活改變，因此天線臂在工作時(shí)的有效工作長度也會(huì)改變，全息天線的電學(xué)特性也會(huì)隨之變化，天線的工作頻率可滿足更多的實(shí)際需求，從而實(shí)現(xiàn)天線的頻率重構(gòu)。

請(qǐng)參見圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種Ge基等離子pin二極管的制作方法流程圖，所述制備方法包括步驟：

(a)選取某一晶向的GeOI襯底，在所述GeOI襯底表面形成第一保護(hù)層；利用光刻工藝在所述第一保護(hù)層上形成第一隔離區(qū)圖形；利用干法刻蝕工藝在所述第一隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第一保護(hù)層及所述GeOI襯底以形成隔離槽，且所述隔離槽的深度大于等于所述GeOI襯底的頂層Ge的厚度；填充所述隔離槽以形成所述Ge基等離子pin二極管的所述隔離區(qū)；

其中，在本步驟中，采用GeOI襯底的原因在于，對(duì)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pin二極管為了滿足這個(gè)需求，需要具備良好的隔離特性和載流子即固態(tài)等離子體的限定能力，而GeOI襯底由于其具有能夠與隔離槽方便的形成pin隔離區(qū)域、二氧化硅(SiO2)也能夠?qū)⑤d流子即固態(tài)等離子體限定在頂層Ge中，所以優(yōu)選采用GeOI作為固態(tài)等離子pin二極管的襯底。

(b)刻蝕所述GeOI襯底形成P型溝槽和N型溝槽，所述P型溝槽和所述N型溝槽的深度小于所述GeOI襯底的頂層Ge的厚度；

(c)在所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)采用離子注入形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(d)填充所述P型溝槽和所述N型溝槽，并采用離子注入在所述GeOI襯底的頂層Ge內(nèi)形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)；

(e)在所述GeOI襯底上形成引線，以完成所述Ge基等離子pin二極管的制備。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述第一保護(hù)層包括第一二氧化硅層和第一氮化硅層；相應(yīng)地，在所述GeOI襯底表面形成第一保護(hù)層，包括：

(a1)在所述GeOI襯底表面生成二氧化硅以形成第一二氧化硅層；

(a2)在所述第一二氧化硅層表面生成氮化硅以形成第一氮化硅層。

這樣做的好處在于，利用二氧化硅(SiO2)的疏松特性，將氮化硅(SiN)的應(yīng)力隔離，使其不能傳導(dǎo)進(jìn)頂層Ge，保證了頂層Ge性能的穩(wěn)定；基于氮化硅(SiN)與Ge在干法刻蝕時(shí)的高選擇比，利用氮化硅(SiN)作為干法刻蝕的掩蔽膜，易于工藝實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，可以理解的是，保護(hù)層的層數(shù)以及保護(hù)層的材料此處不做限制，只要能夠形成保護(hù)層即可。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(b)包括：

(b1)在所述GeOI襯底表面生成二氧化硅以形成第二二氧化硅層，并且，在所述第二二氧化硅層表面生成氮化硅以形成第二氮化硅層，進(jìn)而在所述GeOI襯底表面形成第二保護(hù)層；這樣做的好處類似于第一保護(hù)層的作用，此處不再贅述。

(b2)利用光刻工藝在所述第二保護(hù)層上形成第二隔離區(qū)圖形；

(b3)利用干法刻蝕工藝在所述第二隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述第二保護(hù)層及所述GeOI襯底以形成所述P型溝槽和所述N型溝槽。

其中，P型溝槽和N型溝槽的深度大于第二保護(hù)層厚度且小于第二保護(hù)層與GeOI襯底頂層Ge厚度之和。優(yōu)選地，該P(yáng)型溝槽和N型溝槽的底部距GeOI襯底的頂層Ge底部的距離為0.5微米～30微米，形成一般認(rèn)為的深槽，這樣在形成P型和N型有源區(qū)時(shí)可以形成雜質(zhì)分布均勻、且高摻雜濃度的P、N區(qū)和和陡峭的Pi與Ni結(jié)，以利于提高i區(qū)等離子體濃度。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(c)包括：

(c1)氧化所述P型溝槽和所述N型溝槽以使所述P型溝槽和所述N型溝槽的內(nèi)壁形成氧化層；

(c2)利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的氧化層以完成所述P型溝槽和所述N型溝槽內(nèi)壁的平整化；

具體地，平整化處理可以采用如下步驟：氧化P型溝槽和N型溝槽以使P型溝槽和N型溝槽的內(nèi)壁形成氧化層；利用濕法刻蝕工藝刻蝕P型溝槽和N型溝槽內(nèi)壁的氧化層以完成P型溝槽和N型溝槽內(nèi)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。

(c3)對(duì)所述P型溝槽和所述N型溝槽進(jìn)行離子注入以形成所述第一P型有源區(qū)和所述第一N型有源區(qū)，所述第一N型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述N型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域，所述第一P型有源區(qū)為沿離子擴(kuò)散方向距所述P型溝槽側(cè)壁和底部深度小于1微米的區(qū)域。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(c3)包括：

(c31)光刻所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(c32)采用帶膠離子注入的方法對(duì)所述P型溝槽和所述N型溝槽分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第一P型有源區(qū)和第一N型有源區(qū)；

(c33)去除光刻膠。

其中，形成第一有源區(qū)的目的在于：在溝槽的側(cè)壁形成一層均勻的重?fù)诫s區(qū)域，該區(qū)域即為Pi和Ni結(jié)中的重?fù)诫s區(qū)，而第一有源區(qū)的形成具有如下幾個(gè)好處，以槽中填入多晶硅作為電極為例說明，第一、避免了多晶硅與鍺之間的異質(zhì)結(jié)與Pi和Ni結(jié)重合，導(dǎo)致的性能的不確定性；第二、可以利用多晶硅中雜質(zhì)的擴(kuò)散速度比鍺中快的特性，進(jìn)一步向P和N區(qū)擴(kuò)散，進(jìn)一步提高P和N區(qū)的摻雜濃度；第三、這樣做防止了在多晶硅工藝過程中，多晶硅生長的不均性造成的多晶硅與槽壁之間形成空洞，該空洞會(huì)造成多晶硅與側(cè)壁的接觸不好，影響器件性能。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(d)包括：

(d1)利用多晶硅填充所述P型溝槽和所述N型溝槽；

其中，填充溝槽的材料也可以為金屬、重?fù)诫s多晶硅鍺或重?fù)诫s硅，此處優(yōu)選為多晶硅。

(d2)平整化處理所述GeOI襯底后，在所述GeOI襯底上形成多晶硅層；

(d3)光刻所述多晶硅層，并采用帶膠離子注入的方法對(duì)所述P型溝槽和所述N型溝槽所在位置分別注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)以形成第二P型有源區(qū)和第二N型有源區(qū)且同時(shí)形成P型接觸區(qū)和N型接觸區(qū)；

(d4)去除光刻膠；

(d5)利用濕法刻蝕去除所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)以外的所述多晶硅層。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(e)包括：

(e1)在所述GeOI襯底上生成二氧化硅；

(e2)利用退火工藝激活有源區(qū)中的雜質(zhì)；

(e3)在所述P型接觸區(qū)和所述N型接觸區(qū)光刻引線孔以形成引線；

(e4)鈍化處理并光刻PAD以形成所述Ge基等離子pin二極管。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述全息圓環(huán)(14)由多個(gè)等長的Ge基等離子pin二極管串構(gòu)成并形成正多邊形結(jié)構(gòu)，所述正多邊形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。需要指出的是，所述全息圓環(huán)(14)的具體尺寸可由實(shí)際情況靈活變換，本發(fā)明在此不做限制。

進(jìn)一步地，所述可重構(gòu)全息天線還包括制作于所述GeOI半導(dǎo)體基片(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)電連接于所述Ge基等離子pin二極管串及直流偏置電源之間。

進(jìn)一步地，所述直流偏置線(5、6、7、8、9、10、11、12)采用銅、鋁或經(jīng)過摻雜的多晶硅利用CVD工藝制作于所述GeOI半導(dǎo)體基片(1)上。

具體的，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，請(qǐng)?jiān)俅螀⒁妶D1，所述可重構(gòu)全息天線還包括制作于所述GeOI半導(dǎo)體基片(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)間隔性的電連接至所述Ge基等離子pin二極管串(w1、w2、w3、w4、w5、w6)兩端，并采用化學(xué)氣相淀積的方法制作于所述GeOI半導(dǎo)體基片(1)上，其材料為銅、鋁或經(jīng)過摻雜的多晶硅中的任意一種。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，請(qǐng)參見圖3和圖4，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種Ge基等離子pin二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種Ge基等離子pin二極管串的結(jié)構(gòu)示意圖。所述Ge基等離子pin二極管包括P+區(qū)(27)、N+區(qū)(26)和本征區(qū)(22)，且還包括第一金屬接觸區(qū)(23)和第二金屬接觸區(qū)(24)；其中，所述第一金屬接觸區(qū)(23)分別電連接所述P+區(qū)(27)與正電壓，所述第二金屬接觸區(qū)(24)分別電連接所述N+區(qū)(26)與負(fù)電壓，以使對(duì)應(yīng)Ge基等離子pin二極管串兩端被施加電壓后其所有Ge基等離子pin二極管處于正向?qū)顟B(tài)。

本發(fā)明提供的可重構(gòu)全息天線的Ge基等離子pin二極管的制備方法具備如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)pin二極管所使用的鍺材料，由于其高遷移率和大載流子壽命的特性，能有效提高了pin二極管的固態(tài)等離子體濃度；

(2)pin二極管的P區(qū)與N區(qū)采用了基于刻蝕的深槽刻蝕的多晶硅鑲嵌工藝，該工藝能夠提供突變結(jié)pi與ni結(jié)，并且能夠有效地提高pi結(jié)、ni結(jié)的結(jié)深，使固態(tài)等離子體的濃度和分布的實(shí)現(xiàn)很好的可控性；

(3)pin二極管所使用的鍺材料由于其氧化物GeO熱穩(wěn)定性差的特性，P區(qū)和N區(qū)深槽側(cè)壁平整化的處理可在高溫環(huán)境自動(dòng)完成，簡化了材料的制備方法。

(4)pin二極管采用了一種基于刻蝕的深槽介質(zhì)隔離工藝，有效地提高了器件的擊穿電壓，抑制了漏電流對(duì)器件性能的影響。

實(shí)施例二

請(qǐng)參見圖5a-圖5s，圖5a-圖5s為本發(fā)明實(shí)施例的另一種Ge基等離子pin二極管的制備方法示意圖；在上述實(shí)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GeOI基固態(tài)等離子pin二極管為例進(jìn)行詳細(xì)說明，具體步驟如下：

步驟1，襯底材料制備步驟：

(1a)如圖5a所示，選取(100)晶向，摻雜類型為p型，摻雜濃度為10¹⁴cm^-3的GeOI襯底片101，頂層Ge的厚度為50μm；

(1b)如圖5b所示，采用化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition，簡稱CVD)的方法，在GeOI襯底上淀積一層40nm厚度的第一SiO₂層201；采用化學(xué)氣相淀積的方法，在SiO₂層淀積一層2μm厚度的第一Si₃N₄/SiN層202；

步驟2，隔離制備步驟：

(2a)如圖5c所示，通過光刻工藝在上述保護(hù)層上形成隔離區(qū)，濕法刻蝕隔離區(qū)第一Si₃N₄/SiN層202，形成隔離區(qū)圖形；采用干法刻蝕，在隔離區(qū)形成寬5μm，深為50μm的深隔離槽301；

(2b)如圖5d所示，采用CVD的方法，淀積SiO₂ 401將該深隔離槽填滿；

(2c)如圖5e所示，采用化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing，簡稱CMP)方法，去除表面第一Si₃N₄/SiN層202和第一SiO₂層201，使GeOI襯底表面平整；

步驟3，P、N區(qū)深槽制備步驟：

(3a)如圖5f所示，采用CVD方法，在襯底上連續(xù)淀積兩層材料，第一層為300nm厚度的第二SiO₂層601，第二層為600nm厚度的第二Si₃N₄/SiN層602；

(3b)如圖5g所示，光刻P、N區(qū)深槽，濕法刻蝕P、N區(qū)第二Si₃N₄/SiN層602和第二SiO₂層601，形成P、N區(qū)圖形；采用干法刻蝕，在P、N區(qū)形成寬4μm，深5μm的深槽701，P、N區(qū)槽的長度根據(jù)在所制備的天線中的應(yīng)用情況而確定；

(3c)如圖5h所示，在850℃下，高溫處理10分鐘，氧化槽內(nèi)壁形成氧化層801；

(3d)如圖5i所示，利用濕法刻蝕工藝去除P、N區(qū)槽內(nèi)壁的氧化層801，以使P、N區(qū)槽內(nèi)壁平整。

步驟4，P、N接觸區(qū)制備步驟：

(4a)如圖5j所示，光刻P區(qū)深槽，采用帶膠離子注入的方法對(duì)P區(qū)槽側(cè)壁進(jìn)行p⁺注入，使側(cè)壁上形成薄的p⁺有源區(qū)1001，濃度達(dá)到0.5×10²⁰cm^-3，除掉光刻膠；

(4b)光刻N(yùn)區(qū)深槽，采用帶膠離子注入的方法對(duì)N區(qū)槽側(cè)壁進(jìn)行n⁺注入，使側(cè)壁上形成薄的n⁺有源區(qū)1002，濃度達(dá)到0.5×10²⁰cm^-3，除掉光刻膠；

(4c)如圖5k所示，采用CVD的方法，在P、N區(qū)槽中淀積多晶硅1101，并將溝槽填滿；

(4d)如圖5l所示，采用CMP，去除表面多晶硅1101與第二Si₃N₄/SiN層602，使表面平整；

(4e)如圖5m所示，采用CVD的方法，在表面淀積一層多晶硅1301，厚度為200～500nm；

(4f)如圖5n所示，光刻P區(qū)有源區(qū)，采用帶膠離子注入方法進(jìn)行p⁺注入，使P區(qū)有源區(qū)摻雜濃度達(dá)到0.5×10²⁰cm^-3，去除光刻膠，形成P接觸1401；

(4g)光刻N(yùn)區(qū)有源區(qū)，采用帶膠離子注入方法進(jìn)行n⁺注入，使N區(qū)有源區(qū)摻雜濃度為0.5×10²⁰cm^-3，去除光刻膠，形成N接觸1402；

(4h)如圖5o所示，采用濕法刻蝕，刻蝕掉P、N接觸區(qū)以外的多晶硅1301，形成P、N接觸區(qū)；

(4i)如圖5p所示，采用CVD的方法，在表面淀積SiO₂1601，厚度為800nm；

(4j)在1000℃，退火1分鐘，使離子注入的雜質(zhì)激活、并且推進(jìn)多晶鍺中雜質(zhì)；

步驟5，構(gòu)成PIN二極管步驟：

(5a)如圖5q所示，在P、N接觸區(qū)光刻引線孔1701；

(5b)如圖5r所示，襯底表面濺射金屬，在750℃合金形成金屬硅化物1801，并刻蝕掉表面的金屬；

(5c)襯底表面濺射金屬，光刻引線；

(5d)如圖5s所示，淀積Si₃N₄/SiN形成鈍化層1901，光刻PAD，形成PIN二極管，作為制備固態(tài)等離子天線材料。

本實(shí)施例中，上述各種工藝參數(shù)均為舉例說明，依據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)手段所做的變換均為本申請(qǐng)之保護(hù)范圍。

本發(fā)明制備的應(yīng)用于固態(tài)等離子可重構(gòu)天線的pin二極管，首先，所使用的鍺材料，由于其高遷移率和大載流子壽命的特性，提高了pin二極管的固態(tài)等離子體濃度；另外，Ge基pin二極管的P區(qū)與N區(qū)采用了基于刻蝕的深槽刻蝕的多晶硅鑲嵌工藝，該工藝能夠提供突變結(jié)pi與ni結(jié)，并且能夠有效地提高pi結(jié)、ni結(jié)的結(jié)深，使固態(tài)等離子體的濃度和分布的可控性增強(qiáng)，有利于制備出高性能的等離子天線；其次，鍺材料由于其氧化物GeO熱穩(wěn)定性差的特性，P區(qū)和N區(qū)深槽側(cè)壁平整化的處理可在高溫環(huán)境自動(dòng)完成，簡化了材料的制備方法；再次，本發(fā)明制備的應(yīng)用于固態(tài)等離子可重構(gòu)天線的GeOI基pin二極管采用了一種基于刻蝕的深槽介質(zhì)隔離工藝，有效地提高了器件的擊穿電壓，抑制了漏電流對(duì)器件性能的影響。

實(shí)施例三

請(qǐng)參照?qǐng)D6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例的另一種Ge基等離子pin二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖。該Ge基等離子pin二極管采用上述如圖2所示的制備方法制成，具體地，該Ge基等離子pin二極管在GeOI襯底301上制備形成，且pin二極管的P區(qū)305、N區(qū)306以及橫向位于該P(yáng)區(qū)305和該N區(qū)306之間的I區(qū)均位于該GeOI襯底的頂層Ge302內(nèi)。其中，該pin二極管可以采用STI深槽隔離，即該P(yáng)區(qū)305和該N區(qū)306外側(cè)各設(shè)置有一隔離槽303，且該隔離槽303的深度大于等于該頂層Ge302的厚度。另外，該P(yáng)區(qū)305和該N區(qū)306在沿襯底方向可以分別對(duì)應(yīng)包括一薄層P型有源區(qū)307和一薄層N型有源區(qū)304。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明固態(tài)等離子pin二極管及其制備方法的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)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(shí)，對(duì)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(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。