CN104362199A - 用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法 - Google Patents
用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104362199A CN104362199A CN201410663170.8A CN201410663170A CN104362199A CN 104362199 A CN104362199 A CN 104362199A CN 201410663170 A CN201410663170 A CN 201410663170A CN 104362199 A CN104362199 A CN 104362199A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phototube coupling
- district
- conductor material
- semiconductor material
- photo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 69
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 47
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 47
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 47
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 20
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 17
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 17
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 6
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 15
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 14
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010068052 Mosaicism Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 210000003765 sex chromosome Anatomy 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法，属于半导体器件和集成电路技术领域。该方案针对高阻硅半导体材料光探测与光探测信号分开处理以及缺乏单片集成解决方案的情况，可以解决光探测器工作电压与光探测信号处理电路工作电压差异较大，光探测器件结构与光探测信号处理电路器件结构与工艺较难兼容的问题。本方案集成的电子器件可以包括单独的NPN晶体管、NMOS晶体管、PMOS晶体管、DMOS晶体管或者它们的组合。本发明方案包括了8个基本结构要件：低阻半导体材料1，高阻半导体材料2，耗尽抑制区3，器件外延层4，电子器件区5，光电隔离介质区6，光电隔离沟道阻断区7，光探测器欧姆接触区8。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件和集成电路技术领域，涉及一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法。
背景技术
现有各种光探测半导体器件从光谱响应，器件结构，工作模式等角度已有很多种类。从光谱看可以响应300nm到4500nm波长的光波；从半导体材料看可以有化合物半导体和单质半导体；从器件结构和制造工艺角度，就比较成熟和品种较多的单质硅材料半导体器件看，多数是可见光探测器，并且多数都基于商业化的CMOS工艺的改进；从应用的角度看，绝大多数光探测器是用在民用相机和光纤通讯上，剩下的应用范围非常广泛，有的是高速高灵敏度，有的是用于辐射粒子探测的，有的是用于引导，有的用于紫外光，有的用于红外光，远红外光；从使用衬底材料导电性来看，大致可分为高阻材料与低阻材料，高阻衬底材料常常超过100欧姆厘米，低阻衬底材料常常小于20欧姆厘米。
一部分光探测器是光探测和光探测信号分开处理的模式，即光探测器和光探测信号处理不是同一块半导体材料，尤其是采用高阻材料的光探测器的情况下。光探测与光探测信号分开处理体积一般比较大，互联线相对较长，压焊点较多。还有一部分光电探测器将光探测和光探测信号进行了单片集成，例如有人提出了一种新的兼容BCD工艺的硅基光电探测器解决方案，避免了采用高阻半导体材料与标准BCD工艺不兼容的问题；有人提出了一种与标准双极集成电路工艺的光电集成解决方案用于可见光探测与NPN标准双极集成电路单片集成工艺；还有人提出了一种采用SOI结构和Ge吸收层并与CMOS兼容的光电集成方案以及采用氧离子注入方式在半导体内形成不同深度厚度的介质埋层，为光电探测与MEMS集成提供制作的基板材料的技术方案。上述这些方案都没有涉及到采用高阻半导体材料光探测和光探测信号处理单片集成的问题，这种高阻半导体材料光探测和光探测信号处理单片集成结构和器件需要解决高低不同工作电压和高阻低阻半导体材料工艺兼容集成的问题。
针对采用高阻硅半导体材料的光探测与光探测信号分开处理以及缺乏单片集成解决方案的情况，本发明提供了一种单片光探测与电信号处理集成器件基材结构方案。本发明的光探测信号处理部分支持实现BiCMOS、BCD器件结构。这种器件需要解决光探测器工作电压与光探测信号处理电路工作电压不同，光探测器件结构与光探测信号处理电路内器件结构与工艺兼容性问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法，本技术方案能够解决现有技术中高阻硅半导体材料光探测与光探测信号分开处理以及缺乏单片集成解决方案的缺陷。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，包括低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)、耗尽抑制区(3)、器件外延层(4)、电子器件区(5)、光电隔离介质区(6)、光电隔离沟道阻断区(7)和光探测器欧姆接触区(8)；
光电隔离介质区(6)与光电隔离沟道阻断区(7)相接，隔断器件外延层(4)；光电隔离介质区(6)左侧与光电隔离沟道阻断区(7)左侧间距D1大于等于光探测器工作电压除以30，其中电压和间距的单位分别是伏特和微米；
D1区域没有被光电隔离介质区(6)完全占据的器件外延层(4)的杂质在光探测器工作电压下是完全耗尽的，或者光电隔离介质区(6)纵向完全占据D1区域器件外延层(4)；
光电隔离沟道阻断区(7)的宽度为D2，其中：D2≥(2Vε/(qN))0.5/3.5，式中，V为光探测器工作电压，ε为半导体硅介电常数，q为电子电荷，N为高阻半导体材料(2)的掺杂浓度；耗尽抑制区(3)可与光电隔离沟道阻断区(7)相接触或相交叠，但光电隔离沟道阻断区(7)与耗尽抑制区(3)不交叠区横向尺寸不小于宽度D2；
光探测器欧姆接触区(8)与光电隔离介质区(6)间距D3大于等于零。
进一步，所述低阻半导体材料(1)电阻率小于等于0.1欧姆·厘米，高阻半导体材料(2)电阻率大于等于10欧姆·厘米，器件外延层(4)电阻率大于等于0.1欧姆·厘米，厚度0.1μm～10μm。
进一步，所述低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是同类型掺杂，器件外延层(4)的掺杂类型与低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是相反类型掺杂。
本发明还提供了一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构的形成方法，包括以下步骤：
步骤一：在低阻半导体材料(1)上采用通用的外延方法形成高阻半导体材料(2)；
或者，将低阻半导体材料(1)和高阻半导体材料(2)通过周知的减薄、抛光和硅片直接键合技术键合成一块半导体材料，再将高阻半导体材料(2)一侧通过减薄抛光到所需要的厚度；
或者，在高阻半导体材料(2)采用通用的快速外延方法形成低阻半导体材料(1)，再将高阻半导体材料(2)一侧通过减薄抛光到所需要的厚度
步骤二：在形成低阻半导体材料(1)及高阻半导体材料(2)结构后，在高阻半导体材料(2)上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成耗尽抑制区(3)，耗尽抑制区(3)表面浓度小于2×1016cm-3，杂质面密度在8×1011cm-2～5×1012cm-2范围，浓度分布降低到1×1013cm-3时结深深度大于8μm；
步骤三：在高阻半导体材料(2)上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成光电隔离沟道阻断区(7)，光电隔离沟道阻断区(7)有效杂质面密度在1×1012cm-2～5×1014cm-2范围；
步骤四：在高阻半导体材料(2)形成光电隔离沟道阻断区(7)后再采用通用的外延方法形成器件外延层(4)；
步骤五：形成电子器件区(5)和光探测器欧姆接触区(8)，电子器件的制作在电子器件区(5)，光探测器的制作在光探测器欧姆接触区(8)。
本发明的有益效果在于：本单片集成方案使用厚的高阻半导体材料2区制作光探测器，薄的低阻半导体材料1区制作电子器件来处理光探测信号，解决了高阻厚半导体光探测材料与低阻薄半导体电子器件材料的兼容集成技术问题；
本单片集成方案可以处理较高的光探测器工作电压与较低的电子器件工作电压差异，二者可以相差10倍以上，解决了高工作电压光探测与低工作电压的电子器件单片集成问题；
本单片集成方案集成的电子器件可以包括单独的NPN晶体管、NMOS晶体管、PMOS晶体管、DMOS晶体管或者它们的组合器件。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为用于单片光探测与电信号处理集成器件基材结构示意图；
图2为实施例完成低阻半导体硅材料1、外延P型高阻半导体材料2、耗尽抑制区3、器件区的NBL埋层101、光电隔离沟道阻断区7和电子器件区的硼埋层102后示意图；
图3为实施例完成器件外延4光电隔离介质区6、NPN器件的穿透NSINK 103、NMOS的P阱PWELL区104、NPN器件的基区105、CMOS多晶硅栅106、NPN的发射极和NMOS的源漏8以及PMOS的源漏107后示意图；
图4为实施例完成LPCVD二氧化硅108和金属互连线109后示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为用于单片光探测与电信号处理集成器件基材结构示意图，本发明所述的用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，包括低阻半导体材料1、高阻半导体材料2、耗尽抑制区3、器件外延层4、电子器件区5、光电隔离介质区6、光电隔离沟道阻断区7和光探测器欧姆接触区8；
光电隔离介质区6与光电隔离沟道阻断区7相接，隔断器件外延层4；光电隔离介质区6左侧与光电隔离沟道阻断区7左侧间距D1大于等于光探测器工作电压除以30，其中电压和间距的单位分别是伏特和微米；
光电隔离沟道阻断区7的宽度为D2，其中：D2≥(2Vε/(qN))0.5/3.5，式中，V为光探测器工作电压，ε为半导体硅介电常数，q为电子电荷，N为高阻半导体材料2的掺杂浓度；耗尽抑制区3可与光电隔离沟道阻断区7相接触或相交叠，但光电隔离沟道阻断区7与耗尽抑制区3不交叠区横向尺寸不小于宽度D2；
光探测器欧姆接触区8与光电隔离介质区6间距D3大于等于零。
以一种兼容集成光电二极管探测器、NPN和CMOS的实施为例进行说明，本例中光电探测器最高工作电压可以到150V，NPN和CMOS工作电压为10V。本例不应被视为是本技术方案的唯一实现例子和范围限制，符合本技术方案特有特征的其他例子虽不能一一列举，应是不言而喻的。
1、在0.05～0.001Ω.cm P型<100>低阻半导体硅材料1上采用行业通行外延方法形成厚度35μm，电阻率1200欧姆·厘米的外延P型高阻半导体材料2；
2、在第1步基础上采用通用的850℃，湿氧化40nm薄氧化层，再采用通用的光刻、注入、扩散方法在P型高阻硅外延层形成耗尽抑制区3，耗尽抑制区3表面浓度为1.2×1016cm-3，硼杂质面密度在3.5×1012cm-2，浓度分布降低到1×1013cm-3时结深深度10μm，参考的注入条件为：硼注入能量为140KeV，注入杂质剂量为6×1012cm-2，参考扩散条件为1200℃，1小时氮气，然后2小时氧气，然后再4小时氮气处理；
3、在上一步基础上采用通用的光刻、注入、扩散方法在P型高阻硅外延层形成器件区的NBL埋层(附图2中101)，参考条件为As注入，注入能量100KeV，注入剂量3×1015cm-2，然后进行1050℃干氧化，再经过1200℃1小时氮气扩散，这里的NBL 101可以单独或者与其它高掺杂N型器件区掺杂一起作为光探测器欧姆接触区8的一个组成部分；
4、在上一步基础上漂光正面氧化层，采用通用的850℃，湿氧方法生长40nm薄氧化层，再采用通用的光刻、注入、扩散方法形成光电隔离沟道阻断区7和电子器件区的硼埋层(附图2中102)，光电隔离沟道阻断区7同时也做电子器件沟道阻隔用，光电隔离沟道阻断区7参考注入条件为：硼注入，注入能量80KeV，注入剂量53cm-2，电子器件区的硼埋层102参考注入条件为：硼注入，注入能量140KeV，2×1014cm-2，完成光电隔离沟道阻断区7和电子器件区的硼埋层102的离子注入后，进行扩散退火，条件为1000℃氮气气氛，35分钟扩散时间；
5、在上一步基础上去掉所有氧化层，采用通用外延方法进行器件外延4的生长，器件外延层4的厚度为1.5μm，电阻率为0.8欧姆·厘米(附图3)；
6、在上一步基础上采用通用的850℃，湿氧化方法生长40nm薄氧化层，再使用通用LPCVD方法生长90nm厚度的Si3N4，然后采用通用的光刻、腐蚀方法腐蚀掉Si3N4，再采用通用的1100℃，3小时湿法氧化方法生长1.1μm的光电隔离介质区6的二氧化硅(附图3)，再采用通用的湿法方法去掉Si3N4；
7、在上一步基础上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成NPN器件的穿透NSINK(附图2中103)和NMOS的P阱PWELL区(附图2中104)，NSINK注入条件为：磷注入，注入能量140KeV，注入剂量2×1015cm-2，PWELL注入条件为：140KeV,6.5×1012cm-2，完成双极器件的穿透NSINK和NMOS的P阱PWELL区离子注入后，进行1050℃氮气气氛30分钟的退火，这里的NSINK 103可以单独或者与其它高掺杂N型器件区掺杂一起作为光探测器欧姆接触区8的一个组成部分或全部；
8、在上一步基础上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成NPN器件的基区(附图3中105)注入，注入条件为：硼注入能量80KeV，注入剂量6×1013cm-2，然后进行850℃氮气气氛下30分钟退火；
9、在上一步基础上采用通用的光刻、腐蚀方法刻蚀出MOS和接触孔区，然后采用通用的850℃，95分钟掺氯干氧化形成40nm厚度的MOS栅氧化层介质，然后采用通用的LPCVD方法生长300nm厚度多晶硅层，再采用通用的光刻、腐蚀方法刻蚀出CMOS多晶硅栅(附图3中106)；
10、在上一步基础上采用通用的光刻、注入方法同时形成NPN的发射极和NMOS的源漏(附图3中8)，注入条件为：As注入能量为80KeV，注入剂量4×1015cm-2，这里的As注入也可以单独或者与其它N型高掺杂一起作为光探测器欧姆接触区8的一个组成部分或全部，附图3使用了这次As注入单独形成光探测器欧姆接触区8作为实施例；
11、在上一步基础上采用通用的光刻、注入方法形成PMOS的源漏(附图3中107)，注入条件为：BF2注入能量为50KeV，注入剂量3×1015cm-2；
12、在上一步基础上采用通用的退火激活注入杂质的方法，进行1000℃氮气气氛，25分钟的退火；
12、在上一步基础上采用通用LPCVD方法生长二氧化硅300nm(附图4中108)，采用通用退火方法进行850℃氮气气氛下退火30分钟对LPCVD氧化层进行致密；
13、在上一步基础上采用通用的光刻、刻蚀方法刻蚀出金属接触孔，再采用通用的溅射方法溅射0.6μm的AlSiCu金属层；
14、在上一步基础上采用通用的光刻、刻蚀方法刻蚀出金属互连线(附图4中109)，然后采用通用的合金方法，在440℃和氮氢混合气氛进行合金。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，其特征在于：包括低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)、耗尽抑制区(3)、器件外延层(4)、电子器件区(5)、光电隔离介质区(6)、光电隔离沟道阻断区(7)和光探测器欧姆接触区(8)；
光电隔离介质区(6)与光电隔离沟道阻断区(7)相接，隔断器件外延层(4)；光电隔离介质区(6)左侧与光电隔离沟道阻断区(7)左侧间距D1大于等于光探测器工作电压除以30，其中电压和间距的单位分别是伏特和微米；
D1区域没有被光电隔离介质区(6)完全占据的器件外延层(4)的杂质在光探测器工作电压下是完全耗尽的，或者光电隔离介质区(6)纵向完全占据D1区域器件外延层(4)；
光电隔离沟道阻断区(7)的宽度为D2，其中：D2≥(2Vε/(qN))0.5/3.5，式中，V为光探测器工作电压，ε为半导体硅介电常数，q为电子电荷，N为高阻半导体材料(2)的掺杂浓度；耗尽抑制区(3)可与光电隔离沟道阻断区(7)相接触或相交叠，但光电隔离沟道阻断区(7)与耗尽抑制区(3)不交叠区横向尺寸不小于宽度D2；
光探测器欧姆接触区(8)与光电隔离介质区(6)间距D3大于等于零。
2.根据权利要求1所述的一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，其特征在于：所述低阻半导体材料(1)电阻率小于等于0.1欧姆·厘米，高阻半导体材料(2)电阻率大于等于10欧姆·厘米，器件外延层(4)电阻率大于等于0.1欧姆·厘米，厚度0.1μm～10μm。
3.根据权利要求1所述的一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，其特征在于：所述低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是同类型掺杂，器件外延层(4)的掺杂类型与低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是相反类型掺杂。
4.一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构的形成方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在低阻半导体材料(1)上采用通用的外延方法形成高阻半导体材料(2)；
或者，将低阻半导体材料(1)和高阻半导体材料(2)通过周知的减薄、抛光和硅片直接键合技术键合成一块半导体材料，再将高阻半导体材料(2)一侧通过减薄抛光到所需要的厚度；
或者，在高阻半导体材料(2)采用通用的快速外延方法形成低阻半导体材料(1)，再将高阻半导体材料(2)一侧通过减薄抛光到所需要的厚度；
步骤二：在形成低阻半导体材料(1)及高阻半导体材料(2)结构后，在高阻半导体材料(2)上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成耗尽抑制区(3)，耗尽抑制区(3)表面浓度小于2×1016cm-3，杂质面密度在8×1011cm-2～5×1012cm-2范围，浓度分布降低到1×1013cm-3时结深深度大于8μm；
步骤三：在高阻半导体材料(2)上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成光电隔离沟道阻断区(7)，光电隔离沟道阻断区(7)有效杂质面密度在1×1012cm-2～5×1014cm-2范围；
步骤四：在高阻半导体材料(2)形成光电隔离沟道阻断区(7)后再采用通用的外延方法形成器件外延层(4)；
步骤五：形成电子器件区(5)和光探测器欧姆接触区(8)，电子器件的制作在电子器件区(5)，光探测器的制作在光探测器欧姆接触区(8)。
5.根据权利要求4所述的一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构的形成方法，其特征在于：步骤五中的电子器件可以包括单独的NPN晶体管、NMOS晶体管、PMOS晶体管、DMOS晶体管或者它们的组合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410663170.8A CN104362199B (zh) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | 用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410663170.8A CN104362199B (zh) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | 用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104362199A true CN104362199A (zh) | 2015-02-18 |
| CN104362199B CN104362199B (zh) | 2017-01-04 |
Family
ID=52529443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410663170.8A Active CN104362199B (zh) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | 用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104362199B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104900752A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-09-09 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 黑硅层制作方法及黑硅pin光电探测器制备方法 |
| CN106972076A (zh) * | 2016-01-14 | 2017-07-21 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 制作光电二极管的方法、光电二极管及光感应器 |
| WO2017190392A1 (zh) * | 2016-05-05 | 2017-11-09 | 李成 | 一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法 |
| CN112187254A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-05 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 多通道高压同步隔离强驱动能力高速光电探测器组件 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1607671A (zh) * | 2003-10-14 | 2005-04-20 | 中国科学院半导体研究所 | 与cmos工艺兼容的硅光电探测器及制作方法 |
| CN1632957A (zh) * | 2005-01-07 | 2005-06-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 采用砷化镓基含磷材料的紫外增强光电探测器及制作方法 |
| US20070164393A1 (en) * | 2003-12-06 | 2007-07-19 | X-Fab Semiconductor Foundries Ag | Photodetector comprising a monolithically integrated transimpedance amplifier and evaluation electronics, and production method |
-
2014
- 2014-11-19 CN CN201410663170.8A patent/CN104362199B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1607671A (zh) * | 2003-10-14 | 2005-04-20 | 中国科学院半导体研究所 | 与cmos工艺兼容的硅光电探测器及制作方法 |
| US20070164393A1 (en) * | 2003-12-06 | 2007-07-19 | X-Fab Semiconductor Foundries Ag | Photodetector comprising a monolithically integrated transimpedance amplifier and evaluation electronics, and production method |
| CN1632957A (zh) * | 2005-01-07 | 2005-06-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 采用砷化镓基含磷材料的紫外增强光电探测器及制作方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104900752A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-09-09 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 黑硅层制作方法及黑硅pin光电探测器制备方法 |
| CN106972076A (zh) * | 2016-01-14 | 2017-07-21 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 制作光电二极管的方法、光电二极管及光感应器 |
| WO2017190392A1 (zh) * | 2016-05-05 | 2017-11-09 | 李成 | 一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法 |
| CN112187254A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-05 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 多通道高压同步隔离强驱动能力高速光电探测器组件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104362199B (zh) | 2017-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7326582B2 (en) | Optical isolator device, and method of making same | |
| US7208795B2 (en) | Low-cost, low-voltage single-layer polycrystalline EEPROM memory cell integration into BiCMOS technology | |
| US8354678B1 (en) | Structure and method for forming a light detecting diode and a light emitting diode on a silicon-on-insulator wafer backside | |
| US7265006B2 (en) | Method of fabricating heterojunction devices integrated with CMOS | |
| CN107527929A (zh) | 半导体装置和制造半导体装置的方法 | |
| JP2002141476A (ja) | ＢｉＣＭＯＳ半導体集積回路装置およびその製造方法 | |
| US20070001264A1 (en) | High performance integrated vertical transistors and method of making the same | |
| US20140138789A1 (en) | P-i-n photodiode | |
| CN104465683A (zh) | 半导体装置 | |
| US8217453B2 (en) | Bi-directional DMOS with common drain | |
| CN105575982A (zh) | 固体摄像元件 | |
| US9640528B2 (en) | Low-cost complementary BiCMOS integration scheme | |
| US10297591B2 (en) | BiCMOS integration using a shared SiGe layer | |
| JP2007287985A (ja) | 半導体装置 | |
| US20090261441A1 (en) | Optical semiconductor device | |
| CN104362199B (zh) | 用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法 | |
| US11380764B2 (en) | Semiconductor device, method of manufacturing same, and sensor | |
| US8383445B2 (en) | Method and device for CMOS image sensing with multiple gate oxide thicknesses | |
| US5994162A (en) | Integrated circuit-compatible photo detector device and fabrication process | |
| CN101459130A (zh) | BiCMOS工艺中寄生垂直PNP及制备方法 | |
| US7582522B2 (en) | Method and device for CMOS image sensing with separate source formation | |
| US9397164B2 (en) | Deep collector vertical bipolar transistor with enhanced gain | |
| US20060014334A1 (en) | Method of fabricating heterojunction devices integrated with CMOS | |
| US11887979B2 (en) | Transient voltage suppression device and manufacturing method therefor | |
| CN100440523C (zh) | 高填充系数的有源像素图像传感器结构及制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190708 Address after: 401332 367, West Wing Road, Xiyong Town, Shapingba District, Chongqing Patentee after: China Electric Technology Group Chongqing acoustic photoelectric Co., Ltd. Address before: No. 14 Nanping Garden Road, Nanan District, Chongqing 400060 Co-patentee before: No.44 Inst., China Electronical Science and Technology Group Co. Patentee before: No.24 Inst., China Electronic Science & Technology Group Corp. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201125 Address after: No. 28-2, Xiyuan 1st Road, Shapingba District, Chongqing 400030 Patentee after: UNITED MICROELECTRONICS CENTER Co.,Ltd. Address before: 401332 No. 367 Xiyong Road, Xiyong Town Micropower Park, Shapingba District, Chongqing Patentee before: CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION CHONGQING ACOUSTIC-OPTIC-ELECTRONIC Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |