CN113394301A - 一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法及结构，基于现有主流半导体钝化膜制备工艺条件，通过对主流半导体钝化材料二氧化硅SiO2和氮化硅Si3N4光学特性的进行优化计算，本发明涉及的膜结构能够在特定红外波段范围内提高介质膜的光学特性。与现行主流钝化工艺相比较，解决了受光区钝化层整体低反射曲线无法满足范围覆盖的缺点。此外针对820nm～920nm近红外波段，可同时实现光耦接收芯片受光区的增透和非受光区的增反，在820nm～920nm波段，可将受光区平均透射率提升至96.83％同时可将非受光区的平均反射率由40％提高到77％并且拓宽了高反射率覆盖范围。针对5％～10％工艺误差，本发明设计的膜层结构具有较宽松的工艺实施性。
Description
技术领域
本发明涉及光电集成电路技术领域，具体为一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法及结构。
背景技术
光电耦合器(Optical Coupler以下简称光耦)是利用半导体的光电效应，以光作为媒介传递电信号的隔离器件，广泛运用于航空、航天、电子、兵器等军事领域。对于光耦产品而言，一方面按照封装工艺可分为陶瓷封装和塑封；另一方面按照光耦工作方式进行分类，可划分为面对面直接照射型光耦和共平面间接反射型光耦。针对其基本工作原理而言，光耦是一类依据直接耦合或间接耦合的方式采用集成工艺将发光元件和光接收元件组装在同一封装体内的光电子器件。利用电致发光和光伏效应等物理原理完成电-光-电转换进行信号的传输并实现输入与输出电气绝缘及干扰源的相互隔离。
光耦的发光元件通常采用AlGaAs多组分半导体材料，其电致发光的典型峰值波长位于近红外870nm，典型峰值光谱半宽为±50nm。即光耦普遍使用的发光元件发射的红外光大致集中在820nm～920nm近红外光谱区。光耦光接收元件(受光芯片)为一颗半导体光敏集成电路芯片。根据光耦性能的不同，该类型集成电路的集成度以及线路设计的复杂程度各不相同。但芯片内部的基本组成架构均由一只光电接收晶体管和一块信号处理电路芯片组成。功能方面这两个组件分别负责光电转换以及光电信号的放大、比较及输出。图1给出了光耦接收芯片受光区与非受光区典型分布。对于光敏集成电路的设计意图而言，一方面设计上尽可能希望增大光电晶体管(受光区域)的光电转化效率以便降低对光耦电路组装位置以及光敏集成电路增益能力等因素的依赖程度，从而实现光耦电路参数整体的一致性和稳定性。另一面，希望尽可能增加光敏集成电路非受光区域的红外光反射率，以减小光注入对光电集成电路静态工作点的扰动，使受光芯片在正常的状态下工作。
鉴于上述光耦电路受光芯片有别于传统集成电路的特殊性，其芯片表面介质若采用传统的钝化工艺，钝化膜层对红外光谱区的高透射、高反射等光学特性很难实现最优化。图2给出了考虑工艺偏差条件下受光区使用热氧化、刻蚀、CVD层间介质淀积、交替淀积SiO2和Si3N4等介质形成的表层介质材料膜的近红外光谱反射特性曲线。
该介质膜系对应的反射曲线仅能在某一单波点实现近乎零反射，低反射率覆盖窗口狭窄，整体低反射特性不佳。曲线在820nm～920nm波段出现倒“V型”分布(典型厚度)。膜层厚度的工艺波动影响反射率曲线极值分布，在光耦红外发光管光谱范围内典型工艺、最薄膜层以及最厚膜层的反射率均值分别为：40.07％、36.15％、29.56％。
图3给出了典型半导体工艺条件下非受光区SiO2层间介质和外层Si3N4钝化介质形成的2000nm膜层红外透射光谱特性曲线。在800nm～832nm波段，该膜层透射率均值超过80％，全波段平均透射率达到59.92％。
美国专利US 5243458按照从空气到半导体硅Si或锗Ge衬底的方向发明了四层复合膜结构：第一层为氟化物(YF3或MgF2或AlF3或LiF2或BaF2或CaF2或LaF3或NaF或Na3AlF6)，第二层为硫化锌ZnS，第三层半导体Ge，第四层为二氧化硅SiO2。每层使用真空蒸发或磁控溅射或化学气相淀积(CVD)等工艺技术可调节各层材料的折射率和膜层光学厚度最终实现3～5μm红外波段的增透特性。
美国专利US 9963773B2使用改进的等离子体辅助淀积(PIAD)设备及反向掩膜技术优化了MgO-MgF2合成薄膜的表面形态，实现了从近红外到远红外波段的红外增透。
美国专利US 10591646B2在高纯度硅衬底上发明了双层薄膜结构。这种膜层结构在硅衬底的正面和反面使用离子束辅助淀积(IAD)技术交替淀积ZnO/Si或Ge或GaAs/ZnO/Si或Ge或GaAs/ZnO形成双面5层结构，以便实现红外增透效果。
美国专利US 2016/0002474A1使用二氧化硅、氧化铝与二氧化钛及化学聚合物(聚乙烯、聚氯乙烯、热塑性石蜡等)按照一定比例制粉，采用旋涂和热烘干工艺在基材表面沉积形成红外波段高反射涂层。
国际专利WO 90/11975 A1给出一种三明治结构，在两层金属氧化物电解质层(氧化锡中掺铜)中间淀积金属银层形成复合结构增强红外高反射特性。
对于光耦接收芯片而言，需要在受光区降低近红外光反射率从而提高光电晶体管的光电转化效率。此外，需要增加非受光区的近红外光反射率从而减小光对非受光模拟电路的额外干扰。现有非光电类半导体钝化工艺无法实现上述两点需求。既无法实现受光区的增透又不能实现非受光区的增反。国外专利在红外增透膜技术方面大多使用氟化物、硫化物等靶材或采用特殊改进的薄膜设备或利用在基材正反面双面淀积特殊材料氧化物薄膜达到红外增透目的。在红外增反膜技术上，国外专利或采用二氧化钛及化学聚合物研磨成粉与有机溶剂形成胶体，使用旋涂和热烘干工艺在基材表面成膜或在两层金属氧化物中间插入金属材料薄层形成三明治结构提高对红外线的反射率。
上述发明无论在薄膜制备设备方面、靶材种类方面、膜层结构方面、薄膜淀积方法方面均与现有的半导体芯片钝化膜制备存在成本、工艺兼容性等难题，因此以上专利存在较大使用局限性。
对于薄膜的光学增透、增反特性而言，理论及相关文献报道方面主要分为三种技术方案。即单层增透膜设计、λ/4-λ/4膜层设计、非λ/4-非λ/4膜层设计。当单层膜光学厚度n1d(n1为单层膜折射率，d为膜的物理厚度)满足1/4入射波长的奇数倍时可实现对特定波长的零反射。单层增透膜制作工艺简单，主要缺点是增透特性范围覆盖不足。对于双层λ/4-λ/4膜系设计而言，膜层结构设计上需要先淀积氮化硅Si3N4后再淀积二氧化硅SiO2介质膜；对于实际制备而言，一方面从工艺角度不满足应力匹配需要，另一方面氮化硅Si3N4的折射率与反应物硅烷浓度有关，调节存在一定困难。考虑到膜层结构存在应力匹配问题以及氮化硅折射率调节等问题，该λ/4-λ/4双膜体系不易实现。
发明内容
针对现有技术中光耦接收芯片的受光区和非受光区存在薄膜的光学增透、增反特性问题，其中包括单层增透膜制作工艺简单，主要缺点是增透特性范围覆盖不足的问题，双层膜层设计考虑到膜层结构存在应力匹配问题以及氮化硅折射率调节等问题，膜层不易实现的问题，本发明提供一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法及结构，该膜层结构和制备方法兼容主流半导体芯片钝化工艺，针对光耦特定红外波长范围可充分提高介质膜的光学特性并且根据光耦不同工作区域受光区及非受光区可同时实现特定波长红外光的增透和增反效果。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，包括如下步骤：
制造光耦接收芯片，在光耦接收芯片上形成受光区和非受光区；
并在光耦接收芯片的受光区对应制备增透膜结构以及在光耦接收芯片的非受光区内对应制备增反膜结构。
优选的，光耦接收芯片的制备方法，具体步骤如下：
对裸硅片进行清洗，并通过原始热氧化在裸硅片上生长出介质膜；
通过埋层工艺、深磷工艺、隔离工艺、基区工艺、发射区工艺、一次孔工艺、二次孔工艺和金属工艺在裸硅片上形成带有受光区和非受光区的双极芯片。
优选的，光耦接收芯片的受光区增透膜结构的制备方法，具体步骤如下：
光耦接收芯片的受光区通过工艺处理在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，使用光刻、湿法刻蚀工艺将光耦受光区介质膜完全刻蚀清除，使光耦接收芯片的受光区表面的裸硅层暴露出来；
在受光区表面的裸硅层上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区。
进一步的，在受光区的三层增透膜上淀积金属保护层，并通过光刻、湿法及金属刻蚀工艺将整个芯片受光区上的金属保护层及其上的介质层进行移除，使得受光区的三层增透膜暴露出来。
进一步的，第一SiO2膜的厚度为312nm；第一Si3N4膜的厚度为123nm；第二SiO2膜的厚度为203nm。
优选的，光耦接收芯片的非受光区增反膜结构的制备方法，具体步骤如下：
光耦接收芯片的非受光区通过工艺处理在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，并在二氧化硅SiO2介质膜上依次淀积第一SiO2膜-Si3N4膜-第二SiO2膜，形成三层增透膜结构；
在三层增透膜结构上交替依次淀积第二Si3N4膜-第三SiO2膜-第三Si3N4膜-第四SiO2膜-第四Si3N4膜；形成五层增反介质层；
其中，二氧化硅SiO2介质膜的厚度为1200nm。
进一步的，第一SiO2膜的厚度为312nm；第一Si3N4膜的厚度为123nm；第二SiO2膜的厚度为203nm；第二Si3N4膜的厚度为81nm；第三SiO2膜的厚度为153nm；第三Si3N4膜的厚度为109nm；第四SiO2膜的厚度为153nm；第四Si3N4膜的厚度为109nm。
一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层结构，由上述任一项所述的介质膜层制备方法所得到，包括光耦接收芯片，所述光耦接收芯片上设有受光区和非受光区；
所述受光区上表面的裸硅层上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区；
所述非受光区在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，并在二氧化硅SiO2介质膜上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区；并在三层增透膜结构上交替依次淀积第二Si3N4膜-第三SiO2膜-第三Si3N4膜-第四SiO2膜-第四Si3N4膜；形成五层增反介质层。
优选的，三层增透膜的面积对应相等；五层增反介质层的面积对应相等。
优选的，覆盖在受光区上的三层增透膜的面积与受光区的面积对应相等；覆盖在非受光区上的三层增透膜的面积以及五层增反介质层的面积与非受光区的面积对应相等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，基于现有主流半导体钝化膜制备工艺条件，通过对主流半导体钝化材料二氧化硅SiO2和氮化硅Si3N4光学特性的进行优化计算，本发明涉及的膜结构能够在特定红外波段范围内提高介质膜的光学特性。与现行主流钝化工艺相比较，解决了受光区钝化层整体低反射曲线无法满足范围覆盖的缺点。此外针对820nm～920nm近红外波段，可同时实现光耦接收芯片受光区的增透和非受光区的增反，在820nm～920nm波段，可将受光区平均透射率提升至96.83％同时可将非受光区的平均反射率由40％提高到77％并且拓宽了高反射率覆盖范围。针对5％～10％工艺误差，本发明设计的膜层结构具有较宽松的工艺实施性。
进一步的，在受光区的三层增透膜上淀积金属保护层，用于对受光区的三层增透膜与增反介质层的隔离，避免在移除受光区上增反介质层的过程中损伤增透膜的光学界面，影响增透膜对光线的增透效果。
一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层结构，通过受光区上所形成带三层增透膜的受光区，大大增加了受光区对光线的增透作用，非受光区是在三层增透膜的基础上叠加五层增反介质层，有效的增加了增反效果，提高了非受光区对光线的反射效果。
进一步的，三层增透膜的面积对应相等；五层增反介质层的面积对应相等，有效的提高了对受光区的增透效果以及对非受光区的增反效果。
进一步的，覆盖在受光区上的三层增透膜的面积与受光区的面积对应相等；覆盖在非受光区上的三层增透膜的面积以及五层增反介质层的面积与非受光区的面积对应相等，避免因不完全覆盖影响受光区对光线的接收能力以及影响非受光区对光线的反射能力。
附图说明
图1为现有技术中光耦接收芯片受光区与非受光区典型分布图；
图2为考虑工艺偏差条件下典型半导体钝化膜的近红外光谱反射特性曲线；
图3为典型半导体工艺条件下非受光区钝化膜的近红外光谱透射特性曲线；
图4为非λ/4-非λ/4双层膜堆体系示意图；
图5为现有技术中三种膜层结构的SiO2-Si3N4膜系近红外透射光谱曲线；
图6为近红外光谱区优化后的高反射膜反射特性曲线；
图7为本发明中优化后的受光区增透膜层和非受光区增反膜层设计参数；
图8为本发明中按照双极芯片制造工艺流程通过芯片无源、有源器件的制备形成包含有受光区和非受光区的光耦接收芯片；
图9为在图8的光耦接收芯片上附有层间介质淀积(SiO2)的结构示意图；
图10为图9中使用光刻、湿法刻蚀工艺将光耦受光区介质膜完全刻蚀清除的结构示意图；
图11为图10中在光耦受光区介质膜完全刻蚀清除后的光耦接收芯片上堆叠一组SiO2膜-Si3N4膜-SiO2膜的结构示意图；
图12为在图11中受光区内增加金属保护层的结构示意图；
图13为在图12中非受光区增反膜结构示意图；
图14为在图13中给受光区增透膜结构示意图；
图15为本发明中受光区三层增透膜5％偏差条件下近红外透射、反射光谱特性示意图；
图16为本发明中受光区三层增透膜10％偏差条件下近红外透射、反射光谱特性示意图；
图17为本发明中非受光区八层增透膜5％偏差条件下近红外透射、反射光谱特性示意图；
图18为本发明中受光区八层增透膜10％偏差条件下近红外透射、反射光谱特性示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”“第三”“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明一个实施例中，提供了一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，该膜层结构和制备方法兼容主流半导体芯片钝化工艺，针对光耦特定红外波长范围可充分提高介质膜的光学特性并且根据光耦不同工作区域受光区及非受光区可同时实现特定波长红外光的增透和增反效果。
具体的，该介质膜层制备方法包括如下步骤：
制造光耦接收芯片，在光耦接收芯片上形成受光区和非受光区；
并在光耦接收芯片的受光区对应制备增透膜结构以及在光耦接收芯片的非受光区内对应制备增反膜结构。
具体的，光耦接收芯片的制备方法，具体步骤如下：
对裸硅片进行清洗，并通过原始热氧化在裸硅片上生长出介质膜；
通过埋层光刻、埋层刻蚀、埋层注入、外延生长、深磷氧化、深磷光刻、刻蚀、深磷推阱、隔离氧化、隔离光刻、刻蚀、隔离推阱、基区氧化、基区光刻、注入、扩散、发射区光刻、刻蚀、注入、一次孔光刻、刻蚀、层间介质淀积、二次孔光刻、刻蚀、金属溅射、金属光刻、刻蚀在裸硅片上形成带有受光区和非受光区的双极芯片。
其中热氧化大约生长450nm二氧化硅，在二次孔光刻、刻蚀之前淀积的层间介质厚度大约为750nm二氧化硅。
裸硅片按照标准双极芯片制造工艺流程(钝化工艺之前)通过芯片无源、有源元器件(电阻、二极管、三极管)制作已经完成光耦接收芯片受光区和非受光区的定义，如图8和图9所示。
具体的，光耦接收芯片的受光区增透膜结构的制备方法，具体步骤如下：
光耦接收芯片的受光区通过工艺处理在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，使用光刻、湿法刻蚀工艺将光耦受光区介质膜完全刻蚀清除，如图10所述，使光耦接收芯片的受光区表面的裸硅层暴露出来；
参见图11，使用化学气象淀积设备(CVD)在受光区表面的裸硅层上面依次淀积312nm第一SiO2膜-123nm第一Si3N4膜-203nm第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区。
其中，在受光区的三层增透膜上淀积金属保护层，如图12所示，受光区金属保护层的工艺实施步骤。在图11的工艺过程之后，将整个接收芯片淀积一定厚度的金属材料并使用光耦受光区增透膜保护板，利用光刻及金属刻蚀工艺将整个芯片出受光区外的所有金属反刻清除。即仅保留受光区三层增透膜之上的金属层作为受光区增透膜主要结构的保护层待后续工艺移除。
在现有技术中对于双层膜设计，根据菲涅尔定理反射率R为：
上式中
其中，d1、d2分别为内层膜、外层膜物理厚度。n1、n2、ns、n0分别为内层膜、外层膜、基片和空气的折射率；r1表示为空气-外层膜的反射率，r2表示为外层膜-内层膜的反射率，r3表示为内层膜-基底材料界面的反射率，δ1表示为内层膜的位相厚度，δ2表示为外层膜的位相厚度。
上述公式非常复杂，计算量十分巨大，当双层膜厚度均为λ/4时(双层λ/4-λ/4膜层设计)，上述公式可简化为：
当
时，λ/4-λ/4双膜系统在中心波长处增透率可达100％。膜层结构设计上需要先淀积氮化硅Si3N4后再淀积二氧化硅SiO2。对于实际制备而言，一方面从工艺角度不满足应力匹配需要，另一方面氮化硅Si3N4的折射率与反应物硅烷浓度有关，调节存在一定困难。考虑到膜层结构存在应力匹配问题以及氮化硅折射率调节等问题，该λ/4-λ/4双膜体系不易实现。
对于非λ/4-非λ/4膜层而言，图4给出了非λ/4-非λ/4双层膜堆体系示意图。当双层膜体系各层膜的光学厚度为非λ/4时，要使反射R为零，根据(1)式，内、外层膜的折射率需要满足以下公式：
非λ/4-非λ/4双膜系计算比λ/4-λ/4双膜增透计算更为复杂和繁琐。对于硅(Si)-二氧化硅(SiO2)-氮化硅(Si3N4)膜堆系统而言，为使方程(3)、(4)有实数解，必须满足
(结合图4，n1为外层Si3N4的折射率，nS为衬底Si的折射率)，实际中氮化硅Si3N4的折射率处于2.1～2.8之间满足要求。δ1/2±nπ、δ2/2±nπ是方程(3)、(4)的解。当膜料种类有限时，交替淀积生长多层非λ/4-非λ/4膜堆是一种行之有效的优化途径，但人工计算复杂度很大，借助TFCalc软件进行多膜层光学特性计算时可通过优化不同膜料(改变折射率)、不同淀积次序(改变膜堆)、不同膜层厚度等方式完成可视化反射率、透射率曲线的计算。即直观地反映了设计结果和目标要求之间的差异，从而可进一步迭代优化计算得到最优膜层的设计参数。根据工艺线实际情况，膜料的选择仅有SiO2、Si3N4，考虑第一层膜与裸硅界面的应力匹配，膜料淀积顺序上需要先生长SiO2。要现实在发光管主要光谱区(820nm～920nm)近红外波段高透射，只能通过交替淀积多膜层结构实现高透射与高反射控制。
使用needle优化算法，TFCalc软件优化计算了三种膜层结构的近红外光谱特性。参见图5给出了2层、3层及5层SiO2-Si3N4膜结构的近红外透射光谱曲线。
从性能角度考虑，2层结构SiO2-Si3N4膜系在820nm～920nm光谱区能够达到99.2％的均值透射率且峰值位于873nm处，该位置与典型红外发光管中心峰值870nm极为吻合。5层结构和3层结构膜系的平均透射率分别为98.37％和96.83％，峰值均向短波方向移动，但与870nm中心点偏差不大。从单层膜厚度控制、总膜层厚度以及可靠性角度考虑，透射性能最优的2层膜系总膜厚最薄仅为107nm，每层分别为57nm(第一层SiO2)和50nm(第二层Si3N4)。5层膜系总厚度次之达到575nm，且第一层SiO2和第二层Si3N4厚度分别为80nm和39nm。3层膜系总厚度达到638nm且每层厚度均为百纳米量级，在工艺控制方面相对容易。
具体的，光耦接收芯片的非受光区增反膜结构的制备方法，具体步骤如下：
光耦接收芯片的非受光区通过工艺处理在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，并在二氧化硅SiO2介质膜上依次淀积第一SiO2膜-Si3N4膜-第二SiO2膜，形成三层增透膜结构；
在三层增透膜结构上交替依次淀积第二Si3N4膜-第三SiO2膜-第三Si3N4膜-第四SiO2膜-第四Si3N4膜；形成五层增反介质层，如图13所示，给出了非受光区增反膜结构主要实现步骤。具体细节是利用CVD设备分别交替淀积一组五层81nm第二Si3N4膜-153nm第三SiO2膜-109nm第三Si3N4膜-153nm第四SiO2膜-109nm第四Si3N4膜形成5层增反介质层且形成整体膜厚度与现有钝化层厚度相近。至此，接收芯片非受光区增反膜结构全部制备完成。
针对非受光区高反膜设计，考虑到主要淀积工艺需与现有光耦主流介质薄膜一致，高反膜系结构还需与本发明提出的受光区优化的增透膜层工艺相兼容。在所关心的近红外光谱范围内(820nm～920nm)，要实现受光区的增透还需实现非受光区的增反且非受光区整体介质膜厚度最好与现有主流介质保护膜总厚度相近。基于上述工艺步骤和膜层结构的考虑，使用TFCalc软件局部共轭梯度优化算法，在整体非受光区膜层厚度与现有工艺相近且尽可能减少额外膜层数量，此外还需要明显改善现有膜层高反射效果的前提下，将以上这些因素综合考虑，在受光区淀积制备三层增透膜之后，在非受光区交替淀积81nm第二Si3N4-153nm第三SiO2-109nm第三Si3N4-153nm第四SiO2-109nm第四Si3N4形成5层增反介质层结构。
参见图6，给出了该膜层结构近红外波段反射特性曲线，本发明受光区和非受光区膜层整体参数设计如图7所示。
参见图14为受光区增透膜结构制备的最后步骤，即利用光刻掩膜板和湿法刻蚀技术仅将受光区增透膜之上的金属保护盖及5层增反介质膜全部刻蚀清除，实现受光区三层膜增透和非受光区多层膜增反设计。
对于膜层厚度的工艺偏差，图15、图16、图17和图18分别给出了受光区3层增透膜和非受光区8层增反膜5％、10％偏差条件下近红外透射、反射光谱特性。
综上所述，本发明提供了一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，基于现有主流半导体钝化膜制备工艺条件，通过对主流半导体钝化材料二氧化硅SiO2和氮化硅Si3N4光学特性的进行优化计算，本发明涉及的膜结构能够在特定红外波段范围内提高介质膜的光学特性。与现行主流钝化工艺相比较，解决了受光区钝化层整体低反射曲线无法满足范围覆盖的缺点。此外针对820nm～920nm近红外波段，可同时实现光耦接收芯片受光区的增透和非受光区的增反，在820nm～920nm波段，可将受光区平均透射率提升至96.83％同时可将非受光区的平均反射率由40％提高到77％并且拓宽了高反射率覆盖范围。针对5％～10％工艺误差，本发明设计的膜层结构具有较宽松的工艺实施性。
下述为本发明的结构实施例，可以通过本发明方法实施例得到。对于结构实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
本发明再一个实施例中，提供了一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层结构，由上述实施例所述的介质膜层制备方法所得到，具体的，包括光耦接收芯片，所述光耦接收芯片上设有受光区和非受光区；
其中，受光区上表面的裸硅层上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区；
非受光区在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，并在二氧化硅SiO2介质膜上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区；并在三层增透膜结构上交替依次淀积第二Si3N4膜-第三SiO2膜-第三Si3N4膜-第四SiO2膜-第四Si3N4膜；形成五层增反介质层。
具体的，三层增透膜的面积对应相等；五层增反介质层的面积对应相等，覆盖在受光区上的三层增透膜的面积与受光区的面积对应相等；覆盖在非受光区上的三层增透膜的面积以及五层增反介质层的面积与非受光区的面积对应相等。
综上所述，本发明中介质膜层结构，通过受光区上所形成带三层增透膜的受光区，大大增加了受光区对光线的增透作用，非受光区是在三层增透膜的基础上叠加五层增反介质层，有效的增加了增反效果，提高了非受光区对光线的反射效果。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制造光耦接收芯片，在光耦接收芯片上形成受光区和非受光区；
并在光耦接收芯片的受光区对应制备增透膜结构以及在光耦接收芯片的非受光区内对应制备增反膜结构。
2.根据权利要求1所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，其特征在于，光耦接收芯片的制备方法，具体步骤如下：
对裸硅片进行清洗，并通过原始热氧化在裸硅片上生长出介质膜；
通过埋层工艺、深磷工艺、隔离工艺、基区工艺、发射区工艺、一次孔工艺、二次孔工艺和金属工艺在裸硅片上形成带有受光区和非受光区的双极芯片。
3.根据权利要求1所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，其特征在于，光耦接收芯片的受光区增透膜结构的制备方法，具体步骤如下：
光耦接收芯片的受光区通过工艺处理在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，使用光刻、湿法刻蚀工艺将光耦受光区介质膜完全刻蚀清除，使光耦接收芯片的受光区表面的裸硅层暴露出来；
在受光区表面的裸硅层上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区。
4.根据权利要求3所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，其特征在于，在受光区的三层增透膜上淀积金属保护层，并通过光刻、湿法及金属刻蚀工艺将整个芯片受光区上的金属保护层及其上的介质层进行移除，使得受光区的三层增透膜暴露出来。
5.根据权利要求3所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，其特征在于，第一SiO2膜的厚度为312nm；第一Si3N4膜的厚度为123nm；第二SiO2膜的厚度为203nm。
6.根据权利要求1所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，其特征在于，光耦接收芯片的非受光区增反膜结构的制备方法，具体步骤如下：
光耦接收芯片的非受光区通过工艺处理在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，并在二氧化硅SiO2介质膜上依次淀积第一SiO2膜-Si3N4膜-第二SiO2膜，形成三层增透膜结构；
在三层增透膜结构上交替依次淀积第二Si3N4膜-第三SiO2膜-第三Si3N4膜-第四SiO2膜-第四Si3N4膜；形成五层增反介质层；
其中，二氧化硅SiO2介质膜的厚度为1200nm。
7.根据权利要求6所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层制备方法，其特征在于，第一SiO2膜的厚度为312nm；第一Si3N4膜的厚度为123nm；第二SiO2膜的厚度为203nm；第二Si3N4膜的厚度为81nm；第三SiO2膜的厚度为153nm；第三Si3N4膜的厚度为109nm；第四SiO2膜的厚度为153nm；第四Si3N4膜的厚度为109nm。
8.一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层结构，由权利要求1-7任一项所述的介质膜层制备方法所得到，其特征在于，包括光耦接收芯片，所述光耦接收芯片上设有受光区和非受光区；
所述受光区上表面的裸硅层上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区；
所述非受光区在表层上覆盖有二氧化硅SiO2介质膜，并在二氧化硅SiO2介质膜上面依次淀积第一SiO2膜-第一Si3N4膜-第二SiO2膜，形成带三层增透膜的受光区；并在三层增透膜结构上交替依次淀积第二Si3N4膜-第三SiO2膜-第三Si3N4膜-第四SiO2膜-第四Si3N4膜；形成五层增反介质层。
9.根据权利要求8所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层结构，其特征在于，所述三层增透膜的面积对应相等；五层增反介质层的面积对应相等。
10.根据权利要求8所述的一种提高光电耦合器光学特性的介质膜层结构，其特征在于，所述覆盖在受光区上的三层增透膜的面积与受光区的面积对应相等；覆盖在非受光区上的三层增透膜的面积以及五层增反介质层的面积与非受光区的面积对应相等。
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