專利名稱：用于光電單片集成的硅基光電探測器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基光電單片集成電路，尤其是涉及一種與BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝完全兼 容的用于光電單片集成的硅基光電探測器及其制備方法。
背景技術(shù)：
光電探測器的作用是將輸入的光信號(hào)有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。近年來，硅基光電探 測器有較快的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于光存儲(chǔ)系統(tǒng)、光電測量、光數(shù)據(jù)傳輸與光互連、光計(jì)算以 及圖像存儲(chǔ)與處理等領(lǐng)域。例如，硅基光電探測器可應(yīng)用于CD-ROM、數(shù)字化視頻光盤(DVD) 等的光學(xué)讀取頭及850nm光纖通信和650nm塑料光纖通信等。 以850nm光接收芯片為例，光接收芯片主要由兩部分組成光電探測器和相應(yīng)的 處理電路。光電探測器接收光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的光電流，光電探測器輸出的微弱電流信號(hào) 通過前置放大等處理電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。光接收芯片的制備可以采用混合集成或單 片集成的方法來實(shí)現(xiàn)?；旌霞墒窃谛酒庋b過程中通過鍵合技術(shù)把光電探測器與相應(yīng)的 處理電路進(jìn)行連接。從成本和寄生參數(shù)的減小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及集成密度等方面考慮，混合 集成都不及真正的單片集成。更重要的是隨著器件復(fù)雜度和數(shù)量的增加，靠混合集成技術(shù) 將難以實(shí)現(xiàn)。單片集成則是在同一襯底上集成光電探測器與處理電路，并實(shí)現(xiàn)兩者之間的 連接。單片集成可以提高芯片的整體性能，消除寄生參量的影響，減小芯片的體積，同時(shí)可 以大大降低器件成本和封裝成本。 目前，各類硅基光電探測器和OEIC幾乎涉及了 Bipolar、 CMOS、 BiCMOS、 BCD(BipolarCMOS DMOS) 、 SOI (Silicon-On-Insulator)等工藝，以Bipolar和BiCMOS為 主。2005年奧地利維也納技術(shù)大學(xué)R. Swoboda等([1] R. Swoboda， J. Knorr， et al. A 5_Gb/ s OEIC With Voltage_up_Converter[J]，IEEE Journal of solid-state circuits,2005， 40(7) :1521-1526)報(bào)道了采用0. 6 y mBiCMOS工藝制作了速率達(dá)5Gb/s的光接收機(jī)。2002 年德克薩斯大學(xué)S. M. Csutak等([2]S MCsutak， J D Schaub， W E Wu， et al. High-speed monolithically integrated silicon optical receiverfabricated in 130nm CMOS technology [J] IEEE Photonics Technology Letters, 2002， 14 (4) :516-518)報(bào)道的高 速Si單片集成光接收機(jī)采用130nm CMOS工藝，以SOI為襯底，工作波長850nm，探測器的 量子效率為10%，接收機(jī)工作在1、2、3和5Gb/s時(shí)的靈敏度分別為-19.0、 -16.6、 -15.4 和-10.9dBm。雖然Bipolar、 BiCMOS以及SOI工藝更適合制備高性能的光電探測器，但 CMOS、 BCD工藝相比Bipolar工藝具有低功耗、高集成度、設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)；CM0S、 BCD工藝 比BiCMOS和SOI工藝則有較低的成本。 硅基光電探測器可以采用標(biāo)準(zhǔn)工藝與各種功能的硅IC電路集成，實(shí)現(xiàn)單片集成 的光電集成電路(OEIC)。硅基光電探測器有多種結(jié)構(gòu)，包括肖特基(SB) 二極管、金屬-半 導(dǎo)體-金屬(MSM)光電二極管、PN與PIN光電二極管、雪崩光電二極管(APD)等。從目前 硅基光電探測器和OEIC涉及的工藝及硅基光電探測器的結(jié)構(gòu)來看，仍然存在以下一些亟 待解決的問題。
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利用低成本的CMOS工藝易于實(shí)現(xiàn)PN結(jié)構(gòu)的光電探測器，但這種結(jié)構(gòu)的探測器的 頻率特性受到了限制，已有報(bào)道，這種簡單結(jié)構(gòu)的CMOS OEIC的3dB帶寬都要小于15腿z。 而肖特基(SB) 二極管和金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)光電探測器雖然是平面工藝，制作也 很簡單，但是需要金屬與硅之間的肖特基接觸，CMOS工藝只支持歐姆接觸。大多數(shù)商業(yè)的 CMOS工藝不在襯底背面做電極，因此縱向結(jié)構(gòu)的PIN光電探測器在商業(yè)的CMOS工藝下不太 可行。雪崩光電二極管(APD)需要嚴(yán)格的工藝要求以得到雪崩增益，并且工作電壓高，不易 實(shí)現(xiàn)。 貝爾實(shí)驗(yàn)室T. k. Woodward等([3] T. k. Woodward, A. V. Krishnamoorthy. 1Gbit/ s CMOSphotoreceiver with integrated detector operating at 850nm[J]. ElectronicsLetters，1998，34 (12) :1252-1253 ; [4]T.k. Woodward, A.V.Krishnamoorthy. l_Gb/s Integrated OpticalDetector and Receivers in Commercial CMOS Technologies[J]. IEEE Journal of selected topics inqimnt咖 electronics, 1999,5(2) :146-156)采用商業(yè)的O. 35 ii m CM0S集成電路工藝做出了 1Gbit/ s速率的光接收機(jī)芯片，響應(yīng)波長為850nm，但探測器的響應(yīng)度只有0. 01 0. 04A/W。 L D. Garrett等([5]L D. Garrett,J. Qi，et al. A Silicon-Based Integrated NM0S_p_I_n Photoreceiver[J].IEEETransactions on Electron Devices,1996，43 (3) :411-416) 采用高阻片研制橫向硅PIN結(jié)構(gòu)探測器，在無抗反射膜、5V偏壓的情況下，850nm光波 長的量子效率達(dá)67 % (約0. 45A/W) 。 H. Zi騰rma皿等([6]H. Zi騰rma皿.Improved Cmos_integrated Photodiodes and theirApplication in 0EIC[J]. IEEE，1997 :346-351 ; [7]H. Zimmermann, T. Heide， et al. Monolithic High-peed Cmos-Photoreceiver[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 1999， 11 (2) :254-256)采用高阻外延片與背電極工藝，設(shè) 計(jì)了多種縱向結(jié)構(gòu)的硅探測器，638nm光波長的響應(yīng)度達(dá)到0. 4A/W以上。雖然L. D. Garrett 與H. Zimmerma皿等的方法可以得到高性能的硅探測器，但是這些自定制CMOS工藝下的硅 基光電探測器大都需要制備背電極，且大多需要高阻的外延硅片，需對商業(yè)的CMOS標(biāo)準(zhǔn)工 藝做適當(dāng)?shù)男薷?，與商業(yè)的CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝不完全兼容， 一般都不能為IC代工廠所接受。
而BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝，可在同一襯底上集成Bipolar器件、CMOS器件和DM0S器件，綜 合了雙極器件高跨導(dǎo)、強(qiáng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和CMOS集成度高、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，也能成為硅基光 電探測器和硅基0EIC研究的一個(gè)創(chuàng)新思路和有益探索。利用BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝中的BN+埋層 和外延層可設(shè)計(jì)"P型重?fù)诫s硅/N-EPI外延層/BN+埋層"光電探測器的結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有的 光電探測器短波響應(yīng)差，頻率響應(yīng)低，制備工藝與標(biāo)準(zhǔn)工藝不完全兼容等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有的硅基光電探測器的短波響應(yīng)差、頻率響應(yīng)低、制備 工藝與標(biāo)準(zhǔn)工藝不完全兼容等缺點(diǎn)，提供一種與商業(yè)的BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝完全兼容的用于光電 單片集成的硅基光電探測器及其制備方法。 本發(fā)明所述用于光電單片集成的硅基光電探測器設(shè)有P型硅襯底 (P-Substrate) 、BN+埋層(BN+)、BP+埋層(BP+) 、N-EPI外延層、N阱(N-Well)、P阱(P-Well)、 P型重?fù)诫s硅層(P+)、N型重?fù)诫s硅層(N+)、金屬鋁層(Al)、場氧層、Si(^絕緣介質(zhì)層和Si3N4 表面鈍化層，其中P型硅襯底(P-Substrate) 、BN+埋層(BN+) 、BP+埋層(BP+) 、N-EPI外延層、N阱(N-Well) 、 P阱(P-Well) 、 P型重?fù)诫s硅層(P+) 、 N型重?fù)诫s硅層(N+)設(shè)于同一硅片材 料上，場氧層是對硅片進(jìn)行氧化在硅片表面生成的氧化硅層，金屬鋁層通過濺射工藝沉積 在硅片表面，按制備順序從下至上共3層Si02絕緣介質(zhì)層通過沉積工藝附著在硅襯底上、 Si3N4表面鈍化層通過沉積工藝附著在Si02絕緣介質(zhì)層上。 本發(fā)明所述用于光電單片集成的硅基光電探測器的縱向結(jié)構(gòu)自下而上依次是第 一層是低摻雜的P型硅襯底；第二層是BN+埋層(BN+)和BP+埋層(BP+);第三層是N-EPI外 延層、N阱和P阱；第四層是N型重?fù)诫s硅層、P型重?fù)诫s硅層、場氧層和金屬鋁層；第五層 到第七層為三層的Si(^絕緣介質(zhì)層；第八層是Si3^表面鈍化層。所述用于光電單片集成
的硅基光電探測器的橫向結(jié)構(gòu)以BN+埋層為中心對稱分布，BN+埋層的橫向尺寸為66.6ym; BN+埋層邊緣兩側(cè)為BP+埋層，BP+埋層的橫向尺寸為7. 6ii m ;N-EPI外延層中心的上表面是 P型重?fù)诫s硅層，P型重?fù)诫s硅層的橫向尺寸為51 ii m ;距離P型重?fù)诫s硅層不小于0. 8 ii m 為N阱，距離N阱邊緣不小于0. 4 ii m的上表面為N型重?fù)诫s硅層，寬度為2. 3 y m ;在N阱 外圍是P阱，距離N阱不小于0. 8 ii m的P阱上表面為P型重?fù)诫s硅層，寬度為2 ii m， P阱 上表面其他部分為場氧層；BN+埋層與N阱重疊部分不小于3 i！ m， BN+埋層與N阱邊緣距離 2 ii m ;N-EPI外延層上表面的P型重?fù)诫s硅層與N阱上表面的N型重?fù)诫s硅層由場氧層隔 開，寬度不小于1 P m ;N阱上表面的N型重?fù)诫s硅層和P阱上表面的P型重?fù)诫s硅層由場氧 層隔開，寬度不小于1 P m ;金屬鋁層附著在各個(gè)N型重?fù)诫s硅層和P型重?fù)诫s硅層上，其中 N-EPI外延層上表面的P型重?fù)诫s硅層上的金屬鋁層分布在其周邊靠近場氧層。
本發(fā)明提出了 BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝下的硅基光電探測器"P型重?fù)诫s硅/N-EPI外延層/ BN+埋層"結(jié)構(gòu)。在BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝中利用BN+埋層作為探測器的陰極，金屬鋁層與N阱上表 面的N型重?fù)诫s硅層形成歐姆接觸，陰極接高電位；N-EPI外延層形成探測器的I層；N-EPI 外延層上表面的P型重?fù)诫s硅層與其接觸的金屬鋁層形成歐姆接觸，作為光電探測器的陽 極，陽極作為后續(xù)處理電路的輸入；N阱外圍的P阱起到了隔離探測器與其他BCD器件的作 用；按制備順序從下至上設(shè)有3層Si02表面絕緣介質(zhì)層和Si3N4表面鈍化層。
本發(fā)明所述用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其具體步驟為
1)首先采用〈100>P型的硅片作為襯底材料； 2)在P型襯底上光刻BN+埋層區(qū)，利用離子注入工藝注入銻，形成BN+埋層，利用
離子注入工藝注入硼，形成BP+埋層； 3)在BN+埋層與BP+埋層上生長N-EPI外延層； 4)在N-EPI外延層上光刻N(yùn)阱區(qū)，并采用離子注入工藝注入磷，實(shí)現(xiàn)N阱； 5)光刻P阱區(qū)，并采用離子注入工藝注入硼，實(shí)現(xiàn)P阱； 6)光刻N(yùn)型重?fù)诫s和P型重?fù)诫s有源區(qū)，采用氧化工藝實(shí)現(xiàn)場氧區(qū)； 7)光刻N(yùn)型重?fù)诫s區(qū)，通過離子注入工藝注入砷，實(shí)現(xiàn)N型重?fù)诫s硅層； 8)光刻P型重?fù)诫s區(qū)，通過離子注入工藝注入BF2，實(shí)現(xiàn)P型重?fù)诫s硅層； 9)沉積第一層Si02絕緣介質(zhì)層； 10)光刻接觸孔； 11)沉積金屬鋁層，并光刻電極與連線；
12)沉積第二層Si02絕緣介質(zhì)層；
13)沉積第三層Si02絕緣介質(zhì)層；
6
1、本發(fā)明利用BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝下的N-EPI外延層形成探測器的I層，形成縱向結(jié)構(gòu) "P型重?fù)诫s硅/N-EPI外延層/BN+埋層"的硅基光電探測器，克服一般硅基光電探測器頻 率響應(yīng)低的缺點(diǎn)； 2、本發(fā)明有很寬的光譜響應(yīng)范圍，克服一般硅基光電探測器短波響應(yīng)差的缺點(diǎn)；
3、 制備工藝與商業(yè)的BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝完全兼容，不需要對工藝做任何修改；
4、 當(dāng)采用探測器陣列時(shí)，本發(fā)明本身可以有很好的隔離作用，不需另外的隔離措
施；
5、采用商業(yè)的BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝，可在同一芯片上制作Bipolar, CMOS和DMOS器件，易
與各種硅集成電路實(shí)現(xiàn)單片集成c


圖1為本發(fā)明所述的硅基光電探測器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明所述的硅基光電探測器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。 圖3為本發(fā)明所述的硅基光電探測器實(shí)施例的使用實(shí)例。在圖3中，VDD表示外
接直流電源，Out表示輸出。 圖4為本發(fā)明所述的硅基光電探測器實(shí)施例用于單片集成的850nm光接收芯片中
步步步步步步
在在在在在在
9 o 1 2 3 4
2 3 3 3 3 3
o o o o o o
o o o o o o
7的實(shí)例。 圖5為本發(fā)明所述的硅基光電探測器實(shí)施例在工藝仿真中的光譜響應(yīng)。在圖5中， 橫坐標(biāo)為波長(Pm)，縱坐標(biāo)為陽極電流(A)。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。 圖1和圖2所示的BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝下的硅基光電探測器的制造工藝流程如下首先 在電阻率為15 25 Q cm的〈100>P型硅襯底1上光刻BN+埋層區(qū)，并利用離子注入工藝注 入劑量約為1X10"的銻形成BN+埋層2。利用離子注入工藝注入劑量約為4X10"的硼形 成BP+埋層3。在BN+埋層2與BP+埋層3上生長N-EPI外延層4。 N-EPI外延層4的電阻率 為3. 5 Q cm，厚度為4. 5 m。在外延層4上光刻N(yùn)阱區(qū)，并采用離子注入工藝注入劑量約為 6. 5 X 1012的磷，實(shí)現(xiàn)N阱5，深度約為2. 5 m。在N阱5外圍光刻P阱區(qū)，并采用離子注入工 藝注入劑量約為9. 5 X 1012的硼，實(shí)現(xiàn)P阱6，深度約為1. 7 m。光刻N(yùn)型重?fù)诫s和P型重?fù)?雜有源區(qū)，采用氧化工藝實(shí)現(xiàn)場氧區(qū)7，場氧區(qū)厚度約為0. 57 m。光刻N(yùn)型重?fù)诫s區(qū)，通過 離子注入工藝注入劑量約為4. 2X 1015的砷，實(shí)現(xiàn)N型重?fù)诫s硅層8， N+深度約為0. 21 y m。 光刻P型重?fù)诫s區(qū)，通過離子注入工藝注入劑量約為2. 5 X 1015的BF2，實(shí)現(xiàn)外延層4上表面 的P型重?fù)诫s硅層9及P阱內(nèi)的P型重?fù)诫s硅層10，P+深度約為0. 3 m。沉積第一層Si02 絕緣介質(zhì)層11，厚度為1. 3 ii m。光刻接觸孔12，接觸孔12大小為0. 5 ii mX 0. 5 ii m，孔間距 為0.5iim。沉積金屬鋁層13，厚度為0. 15iim，并光刻實(shí)現(xiàn)需要的電極與連線。金屬鋁層 附著在各個(gè)N型重?fù)诫s硅層8和P型重?fù)诫s硅層9、 10上，其中N-EPI外延層4上表面的P 型重?fù)诫s硅層9上的金屬鋁層13分布在其周邊靠近場氧層。沉積第二層Si02絕緣介質(zhì)層 14，厚度為1 P m。沉積第三層Si02絕緣介質(zhì)層15，厚度為0. 3 m。沉積Si3N4表面鈍化層 16，厚度為0. 7iim。 圖2為本發(fā)明的硅基光電探測器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，表示了 BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝下的硅 基光電探測器的縱向結(jié)構(gòu)和橫向結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的縱向結(jié)構(gòu)為"P型重?fù)诫s硅層/N-EPI外延 層/BN+埋層"。在BCD工藝中利用BN+埋層作為探測器的陰極，金屬鋁層與N阱上表面的N 型重?fù)诫s硅層形成歐姆接觸，陰極接高電位，與VDD端19相連；N-EPI外延層形成探測器的 I層；N-EPI外延層上表面的P型重?fù)诫s硅層與其接觸的金屬鋁層形成歐姆接觸，作為光電 探測器的陽極，接后續(xù)處理電路的輸入端17。 N阱外圍的P阱起到了隔離探測器與其他BCD 器件的作用。P阱中的P型重?fù)诫s硅層與其接觸的金屬鋁層形成歐姆接觸，與芯片的GND端 18相連。按制備順序從下至上設(shè)有3層Si02表面絕緣介質(zhì)層和Si3^表面鈍化層。本發(fā)明 的橫向結(jié)構(gòu)以BN+埋層為中心對稱分布，8礦埋層的橫向尺寸為66. 6 m ;BN+埋層邊緣兩側(cè) 為BP+埋層，其橫向尺寸為7. 6 m ;N-EPI外延層中心的上表面是P型重?fù)诫s硅層，其橫向 尺寸為51 ii m ;距離P型重?fù)诫s硅層不小于0. 8 ii m為N阱，距離N阱邊緣不小于0. 4 y m的 上表面為N型重?fù)诫s硅層，寬度為2. 3 m ;在N阱外圍是P阱，距離N阱不小于0. 8 y m的 P阱上表面為P型重?fù)诫s硅層，寬度為2 m， P阱上表面其他部分為場氧層；B^埋層與N阱 重疊部分不小于3 ii m，BN+埋層與N阱邊緣距離2 y m ;N-EPI外延層上表面的P型重?fù)诫s硅 層與N阱上表面的N型重?fù)诫s硅層由場氧層隔開，寬度不小于1 y m ;N阱上表面的N型重?fù)?雜硅層和P阱上表面的P型重?fù)诫s硅層由場氧層隔開，寬度不小于1 P m ;金屬鋁層附著在各個(gè)N型重?fù)诫s硅層和P型重?fù)诫s硅層上，其中N-EPI外延層上表面的P型重?fù)诫s硅層上 的金屬鋁層分布在其周邊靠近場氧層。 圖3給出本發(fā)明所述的硅基光電探測器實(shí)施例的使用實(shí)例。在圖3中的VDD表示 外接直流電源，OUT端為探測器輸出端，一般與后續(xù)的處理電路連接，作為后續(xù)處理電路的 輸入?？紤]到探測器與處理電路的連接問題，這里可選擇采用第一層金屬連接。
圖4給出本發(fā)明的硅基光電探測器用于單片集成的850nm光接收芯片的實(shí)施例。 在圖4中包含本發(fā)明的硅基光電探測器(PD)，一個(gè)寬帶放大器TIA，一個(gè)用于單雙端轉(zhuǎn)換的 RC濾波器(SDA)，三個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的一級(jí)差分放大器(DA)，一個(gè)緩沖輸出級(jí)(0B)。為了提高 整個(gè)OEIC的光響應(yīng)度，在跨阻放大器后面增加三個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的一級(jí)差分放大器進(jìn)行二次 放大。緩沖輸出級(jí)用于實(shí)現(xiàn)與傳輸線的阻抗匹配。 圖5給出本發(fā)明的硅基光電探測器在工藝仿真中的光譜響應(yīng)。從圖5中的響應(yīng)曲 線看，本發(fā)明的硅基光電探測器有很寬的光譜響應(yīng)范圍，從200 1000nm波長范圍內(nèi)的響 應(yīng)度至少都能達(dá)到0. 05A/W。當(dāng)波長為6Q0nm時(shí)，響應(yīng)度達(dá)到峰值，大約為0. 34A/W。
權(quán)利要求
用于光電單片集成的硅基光電探測器，其特征在于設(shè)有P型硅襯底、BN+埋層、BP+埋層、N-EPI外延層、N阱、P阱、P型重?fù)诫s硅層、N型重?fù)诫s硅層、金屬鋁層、場氧層、SiO2絕緣介質(zhì)層和Si3N4表面鈍化層，其中P型硅襯底、BN+埋層、BP+埋層、N-EPI外延層、N阱、P阱、P型重?fù)诫s硅層、N型重?fù)诫s硅層設(shè)于同一硅片材料上，場氧層是對硅片進(jìn)行氧化在硅片表面生成的氧化硅層，金屬鋁層通過濺射工藝沉積在硅片表面，按制備順序從下至上共3層SiO2絕緣介質(zhì)層通過沉積工藝附著在硅襯底上、Si3N4表面鈍化層通過沉積工藝附著在SiO2絕緣介質(zhì)層上。
2. 如權(quán)利要求l所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器，其特征在于所述用于光電單片集成的硅基光電探測器的縱向結(jié)構(gòu)自下而上依次是第一層是低摻雜的P型硅襯底；第二層是BN+埋層和BP+埋層；第三層是N-EPI外延層、N阱和P阱；第四層是N型重?fù)诫s硅層、P型重?fù)诫s硅層、場氧層和金屬鋁層；第五層到第七層為三層的Si02絕緣介質(zhì)層；第八層是Si^4表面鈍化層。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器，其特征在于所述用于光電單片集成的硅基光電探測器的橫向結(jié)構(gòu)以BN+埋層為中心對稱分布，BN+埋層的橫向尺寸為66. 6 ii m ;BN+埋層邊緣兩側(cè)為BP+埋層，BP+埋層的橫向尺寸為7. 6 y m ;N-EPI外延層中心的上表面是P型重?fù)诫s硅層，P型重?fù)诫s硅層的橫向尺寸為51 m ;距離P型重?fù)诫s硅層不小于0. 8 ii m為N阱，距離N阱邊緣不小于0. 4 ii m的上表面為N型重?fù)诫s硅層，寬度為2. 3 m ;在N阱外圍是P阱，距離N阱不小于0. 8 m的P阱上表面為P型重?fù)诫s硅層，寬度為2 m， P阱上表面其他部分為場氧層；BN+埋層與N阱重疊部分不小于3 y m， BN+埋層與N阱邊緣距離2 ii m ;N-EPI外延層上表面的P型重?fù)诫s硅層與N阱上表面的N型重?fù)诫s硅層由場氧層隔開，寬度不小于1 P m ;N阱上表面的N型重?fù)诫s硅層和P阱上表面的P型重?fù)诫s硅層由場氧層隔開，寬度不小于1 P m ;金屬鋁層附著在各個(gè)N型重?fù)诫s硅層和P型重?fù)诫s硅層上，其中N-EPI外延層上表面的P型重?fù)诫s硅層上的金屬鋁層分布在其周邊靠近場氧層。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其特征在于具體步驟為1) 首先采用〈100>P型的硅片作為襯底材料；2) 在P型襯底上光刻埋層區(qū)，利用離子注入工藝注入銻，形成BN+埋層，利用離子注入工藝注入硼，形成BP+埋層；3) 在BN+埋層與BP+埋層上生長N-EPI外延層；4) 在N-EPI外延層上光刻N(yùn)阱區(qū)，并采用離子注入工藝注入磷，實(shí)現(xiàn)N阱；5) 光刻P阱區(qū)，并采用離子注入工藝注入硼，實(shí)現(xiàn)P阱；6) 光刻N(yùn)型重?fù)诫s和P型重?fù)诫s有源區(qū)，采用氧化工藝實(shí)現(xiàn)場氧區(qū)；7) 光刻N(yùn)型重?fù)诫s區(qū)，通過離子注入工藝注入砷，實(shí)現(xiàn)N型重?fù)诫s硅層；8) 光刻P型重?fù)诫s區(qū)，通過離子注入工藝注入BF2，實(shí)現(xiàn)P型重?fù)诫s硅層；9) 沉積第一層Si02絕緣介質(zhì)層；10) 光刻接觸孔；11) 沉積金屬鋁層，并光刻電極與連線；12) 沉積第二層Si02絕緣介質(zhì)層；13) 沉積第三層Si02絕緣介質(zhì)層；14) 沉積Si3N4表面鈍化層，得用于光電單片集成的硅基光電探測器。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其特征在于在步驟l)中，所述P型的硅片采用電阻率為15 25Qcm的〈100〉P型的硅片。
6. 如權(quán)利要求4所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述注入銻的劑量為1X10^所述注入硼的劑量為4X10";在步驟3)中，所述N-EPI外延層的電阻率為3. 5Qcm，厚度為4. 5 y m。
7. 如權(quán)利要求4所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述注入磷的劑量為6.5X1012， N阱的深度為2.5iim;在步驟5)中，所述注入硼的劑量為9. 5X 1012， P阱的深度為1. 7 ii m ;在步驟6)中，所述場氧區(qū)厚度為0. 57 y m。
8. 如權(quán)利要求4所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其特征在于在步驟7)中，所述注入砷的劑量為4. 2X10"，N型重?fù)诫s硅層的深度為0. 21iim ;在步驟8)中，所述注入BF2的劑量為2. 5X 1015， P型重?fù)诫s硅層的深度為0. 3 ii m。
9. 如權(quán)利要求4所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其特征在于在步驟9)中，所述第一層Si(^絕緣介質(zhì)層的厚度為1.3iim;在步驟10)中，所述接觸孔的大小為0. 5iimX0. 5iim，孔間距為0.5iim;在步驟11)中，所述金屬鋁層的厚度為0. 15ym;在步驟12)中，所述第二層Si02絕緣介質(zhì)層的厚度為lym;在步驟13)中，所述第三層Si02絕緣介質(zhì)層的厚度為0. 3 ii m。
10. 如權(quán)利要求4所述的用于光電單片集成的硅基光電探測器的制備方法，其特征在于在步驟14)中，所述Si3N4表面鈍化層的厚度為0. 7 i！ m。
全文摘要
用于光電單片集成的硅基光電探測器及其制備方法，涉及一種硅基光電單片集成電路。提供一種與商業(yè)的BCD標(biāo)準(zhǔn)工藝完全兼容的用于光電單片集成的硅基光電探測器及其制備方法。硅基光電探測器設(shè)有P型硅襯底、BN+、BP+、N-EPI外延層、N阱、P阱、P+、N+、Al層、場氧層、SiO2絕緣介質(zhì)層和Si3N4表面鈍化層，P型硅襯底、BN+、BP+、N-EPI外延層、N阱、P阱、P+、N+設(shè)于同一硅片上，場氧層是在硅片表面生成的氧化硅層，金屬鋁層沉積在硅片表面，按制備順序從下至上共3層SiO2絕緣介質(zhì)層通過沉積工藝附著在硅襯底上、Si3N4表面鈍化層通過沉積工藝附著在SiO2絕緣介質(zhì)層上。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101719504SQ200910112909
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者卞劍濤, 程翔, 蘆晶, 陳朝, 顏黃蘋 申請人:廈門大學(xué)