一种集成PA的射频前端结构及其制备方法

本申请涉及半导体技术与射频前端器件领域，特别涉及一种集成pa的射频前端结构及其制备方法。

背景技术：

1、体声波谐振器(baw)因其具有高频、微型化、高性能、低功耗、高功率容量等优点，且baw滤波器的制造工艺与ic工艺相兼容，可集成，有利于降低器件功耗和缩小器件尺寸，是目前唯一可集成的射频前端滤波器。故baw滤波器将成为5g高频通讯的核心元器件。采用微机械加工技术(mems)的baw滤波器的工作频率范围可以从几百mhz到几十ghz，完全覆盖了无线通讯频段的要求。传统介质滤波器体积过大，saw滤波器插损相比baw滤波器大，且无法满足高频(＞3ghz)需求，因此baw滤波器是3ghz以上高频段的最优解决方案。

2、由氮化镓(gan)基的高电子迁移率晶体管(hemt)构成的射频功率放大器在射频领域展现出独特的优势。首先，gan hemt表现出卓越的功率密度，能够在相对较小的器件尺寸内实现高功率输出，适用于对功率密度要求较高的应用，如通信和雷达系统。其次，ganhemt具有出色的高频性能，拥有较高的截止频率和宽频带特性，使其在高频率范围内表现优越，适用于高速数据传输和宽带通信。此外，gan hemt具备高工作温度适应性，能够在相对高温环境下保持稳定性，满足高温应用的需求。最重要的是，其表现出色的线性度和快速开关特性使其成为高效率和高性能射频系统的理想选择。gan hemt在功率密度、高频性能、工作温度适应性、线性度和开关特性等方面相较于其他射频功率放大器技术具有显著的优势，为射频应用提供了先进的解决方案。

3、在追求电子设备小型化和高性能的背景下，体声波滤波器与基于高电子迁移率晶体管(hemt)的功率放大器(pa)单片集成成为射频前端模组中关键技术的焦点之一。体声波滤波器与hemt功率放大器的集成能够简化射频前端模组的系统设计和布局，而且也可以降低制造成本。这对于大批量生产而言，尤其具有重要性。降低成本不仅使得集成化技术更具吸引力，同时也使得产品在市场上更有竞争力。

技术实现思路

1、本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种集成pa的射频前端结构及其制备方法，能够使集成了pa的射频前端结构占用更少空间，而且降低制造成本。

2、根据本申请第一方面实施例，提供一种集成pa的射频前端结构，包括：

3、衬底；

4、baw滤波器结构，所述baw滤波器结构设置在所述衬底上；

5、ipd mim电容结构，所述ipd mim电容结构设置在所述baw滤波器结构上；

6、gan hent晶体管结构，所述gan hent晶体管结构设置在所述ipd mim电容结构上；

7、ipd tgv电感结构，所述ipd tgv电感结构设置在所述gan hent晶体管结构上。

8、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述baw滤波器结构包括从下往上依次堆叠的声波反射层、滤波器底电极、滤波器压电层和滤波器顶电极。

9、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述ipd mim电容结构包括从下往上依次堆叠的第一电容金属层、电容绝缘层和第二电容金属层。

10、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述baw滤波器结构和所述ipd mim电容结构之间设置有电磁屏蔽层。

11、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述gan hent晶体管结构包括由下往上依次堆叠的缓冲层、沟道层、势垒层和场效应管，所述场效应管包括源极、栅极和漏极。

12、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述gan hent晶体管结构还包括台面隔离层，所述台面隔离层设置在所述沟道层、所述势垒层和所述场效应管的外侧。

13、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述ipd tgv电感结构包括从下往上依次堆叠的电感金属层和电感绝缘层。

14、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述ipd tgv电感结构与所述gan hent晶体管结构之间通过焊点连接在一起。

15、根据本申请第二方面实施例，提供一种针对上述集成pa的射频前端结构的制备方法，包括以下步骤：

16、对所述衬底进行清洗；

17、在所述衬底表面旋涂固化得到声波反射层；

18、在固化的所述声波反射层表面制备滤波器底电极；

19、在所述滤波器底电极的基础上通过磁控溅射制备滤波器压电层；

20、对所述滤波器压电层进行蚀刻，并在其基础上制备滤波器顶电极，所述baw滤波器结构制备完成；

21、在所述滤波器顶电极的表面铺设一层电磁屏蔽层；

22、在所述电磁屏蔽层的表面制备第一电容金属层；

23、在所述第一电容金属层的表面制备电容绝缘层；

24、在所述电容绝缘层的表面制备第二电容金属层，所述ipd mim电容结构制备完成；

25、在所述第二电容金属层上通过金属有机化学气相沉积外延生长制备缓冲层；

26、在所述缓冲层上通过金属有机化学气相沉积外延生长制备沟道层；

27、在所述沟道层上通过金属有机化学气相沉积外延生长制备势垒层；

28、在所述势垒层上制备场效应管；

29、在所述场效应管的侧面蚀刻空腔，在空腔内填充钝化材料以获得台面隔离层，所述gan hent晶体管结构制备完成；

30、准备另一个衬底，在该衬底上旋涂固化得到电感金属层；

31、在所述电感金属层表面通过低温cvd沉积sio2；

32、在sio2薄膜上制备电感绝缘层，所述ipd tgv电感结构制备完成；

33、翻转所述ipd tgv电感结构，通过焊点使所述ipd tgv电感结构与所述gan hent晶体管结构结合，得到所述集成pa的射频前端结构。

34、根据本申请第二方面实施例，进一步地，所述滤波器顶电极完成制备后，对所述滤波器顶电极进行深孔刻蚀，贯穿所述滤波器压电层至所述滤波器底电极，并且在该深孔表面采用物理气相沉积沉积一层mo金属，连接两个谐振器的顶底电极，从而使得两个谐振器串联。

35、本申请实施例的有益效果至少包括：本申请通过将pa集成到射频前端结构，减少空间的占用，而且也能降低生产成本。

技术特征：

1.一种集成pa的射频前端结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的集成pa的射频前端结构，其特征在于：所述baw滤波器结构包括从下往上依次堆叠的声波反射层(2)、滤波器底电极(3)、滤波器压电层(4)和滤波器顶电极(5)。

3.根据权利要求1所述的集成pa的射频前端结构，其特征在于：所述ipd mim电容结构包括从下往上依次堆叠的第一电容金属层(7)、电容绝缘层(8)和第二电容金属层(9)。

4.根据权利要求1所述的集成pa的射频前端结构，其特征在于：所述baw滤波器结构和所述ipd mim电容结构之间设置有电磁屏蔽层(6)。

5.根据权利要求1所述的集成pa的射频前端结构，其特征在于：所述gan hent晶体管结构包括由下往上依次堆叠的缓冲层(10)、沟道层(11)、势垒层(12)和场效应管，所述场效应管包括源极(13)、栅极(14)和漏极(15)。

6.根据权利要求5所述的集成pa的射频前端结构，其特征在于：所述gan hent晶体管结构还包括台面隔离层(16)，所述台面隔离层(16)设置在所述沟道层(11)、所述势垒层(12)和所述场效应管的外侧。

7.根据权利要求1所述的集成pa的射频前端结构，其特征在于：所述ipd tgv电感结构包括从下往上依次堆叠的电感金属层(17)和电感绝缘层(18)。

8.根据权利要求1所述的集成pa的射频前端结构，其特征在于：所述ipd tgv电感结构与所述gan hent晶体管结构之间通过焊点(25)连接在一起。

9.一种针对权利要求1至8中任一所述集成pa的射频前端结构的制备方法，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述滤波器顶电极(5)完成制备后，对所述滤波器顶电极(5)进行深孔刻蚀，贯穿所述滤波器压电层(4)至所述滤波器底电极(3)，并且在该深孔表面采用物理气相沉积沉积一层mo金属，连接两个谐振器的顶底电极，从而使得两个谐振器串联。

技术总结本申请公开了一种集成PA的射频前端结构及其制备方法，本集成PA的射频前端结构包括衬底；BAW滤波器结构，其设置在衬底上；IPD MIM电容结构，其设置在BAW滤波器结构上；GaN HENT晶体管结构，其设置在IPD MIM电容结构上；IPD TGV电感结构，其设置在GaN HENT晶体管结构上。本申请通过将PA集成到射频前端结构，减少空间的占用，而且也能降低生产成本。本申请涉及半导体技术与射频前端器件领域。技术研发人员：李国强,许锴镔,朱宇涵,胡晗,陈志鹏受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15