CN1312756C - 光半导体集成电路装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种光半导体集成电路装置的制造方法，在现有的光半导体集成电路装置中，反射防止膜的氮化硅膜被作为蚀刻绝缘膜时的蚀刻停止膜使用，通过湿蚀刻一次除去绝缘膜。因此，具有加工精度劣化这样的问题。在本发明的半导体集成电路装置中，在硅衬底(24)上面形成多层配线层后，通过干蚀刻除去光电二极管(21)的反射防止膜上面的绝缘层。此时，多晶硅膜(51)被作为蚀刻停止膜使用。因此，在本发明的光电二极管中虽会使用干蚀刻，但不会超量蚀刻作为反射防止膜的氮化硅膜，故可防止其膜厚的偏差。其结果是，在本发明的光电二极管中，可提高入射光的感度，实现细微化的结构。
Description
技术领域
本发明涉及具有光电二极管的光半导体集成电路装置的制造方法，其目的在于，消除层积在光电二极管上的绝缘膜厚的误差，提高光电二极管的感度。
背景技术
在蓝激光用光电二极管中，由于透明封装内吸收入射光能，封装烧结。因此，必须在IC封装中采用中空封装。其结果是，由于光电二极管形成区域上的绝缘膜与中空封装的空气接触，故绝缘膜表面的入射光产生反射，且其与绝缘膜的膜厚相关，其结果，光电二极管的感度因绝缘膜的偏差而产生偏差。
因此，针对绝缘膜膜厚的偏差引起的感度的偏差，作为表面保护膜，具有在光电二极管形成区域上仅覆盖氮化硅膜的单层膜的技术(参照专利文献1)。
专利文献1特开2001-320078号公报
在专利文献1的发明中，所述氮化硅膜被作为蚀刻绝缘膜时的蚀刻停止膜使用，利用湿蚀刻一次除去绝缘膜。因此，在进行蚀刻除去时，相对于衬底表面，在水平方向也会进行蚀刻，难于蚀刻成所需的结构，具有加工精度低的问题。
发明内容
本发明是鉴于所述问题点开发的，在本发明的光半导体集成电路装置的制造方法包括如下工序：准备半导体衬底，在该半导体衬底上形成半导体层，并在该半导体层上形成光电二极管；在所述光电二极管形成区域的所述半导体层表面形成氮化硅膜后，在该氮化硅膜上形成氧化硅膜；在所述氧化硅膜上形成多晶硅膜；在所述多晶硅膜上面层积绝缘层；利用干蚀刻，由该绝缘层表面除去所述光电二极管形成区域的所述绝缘层；除去所述氧化硅膜和所述多晶硅膜，使所述氮化硅膜露出。因此，在本发明的半导体集成电路装置的制造方法中，在除去形成于光电二极管形成区域上的绝缘层时，通过干蚀刻除去该绝缘层。因此，可提高蚀刻的加工精度，可实现细微化的工艺。
本发明的光半导体集成电路装置的制造方法具有如下特征，在除去所述绝缘层的工序中，将所述多晶硅膜用作蚀刻停止膜，通过所述干蚀刻除去该绝缘层。因此，在本发明的光半导体集成电路装置的制造方法中，在除去形成于光电二极管形成区域的绝缘层时，将多晶硅膜用作蚀刻停止膜。因此，在本发明中，可通过干蚀刻除去光电二极管形成区域上的绝缘层。
本发明的光半导体集成电路装置的制造方法具有如下特征，在除去所述多晶硅膜的工序中，将所述氧化硅膜用作蚀刻停止膜，通过干蚀刻除去所述多晶硅膜，在除去所述氧化硅膜的工序中，将所述氮化硅膜用作蚀刻停止膜，通过湿蚀刻除去所述氧化硅膜。因此，在本发明的光半导体集成电路装置的制造方法中，通过干蚀刻除去多晶硅膜。然后，通过湿蚀刻除去氧化硅膜。因此，可仅在光电二极管上面配置作为反射防止膜的氮化硅膜。
在本发明的光半导体集成电路装置的制造方法中，可在除去形成于光电二极管的反射防止膜上面的绝缘层时，通过干蚀刻进行除去。即，在本发明中，通过将氮化硅膜上面的多晶硅膜用作干蚀刻的蚀刻停止膜，可提高元件的加工精度，实现细微化的工艺。
在本发明的光半导体集成电路装置的制造方法中，在作为光电二极管反射防止膜的氮化硅膜上面形成氧化硅膜，并在氧化硅膜上形成多晶硅膜。然后，在干蚀刻绝缘膜时，将多晶硅膜用作蚀刻停止膜。另外，在干蚀刻多晶硅膜时，将氧化硅膜作为蚀刻停止膜使用。因此，在本发明的光电二极管中虽然使用干蚀刻，但由于没有超量蚀刻作为反射防止膜的氮化硅膜，故可防止其膜厚的偏差。其结果是，在本发明的光电二极管中，可提高入射光的感度，实现细微化结构。
附图说明
图1是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图2是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图3是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图4是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图5是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图6是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图7是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图8是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图9是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图10是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图；
图11是说明本发明实施例的光半导体集成电路装置的制造方法的剖面图。
具体实施方式
以下，参照图1～图12详细说明作为本发明一实施例的光半导体集成电路装置的制造方法。
首先，如图1所示，将光致抗蚀剂58作为掩模，在P型单晶硅衬底24上离子注入硼(B)。然后，由N2气体施加4小时左右1180℃的热处理，在P型单晶硅衬底24表面扩散形成第一分离区域31的硼(B)。
其次，如图2所示，在P型单晶硅衬底24上以比电阻100Ω·cm以上、厚度15um形成非掺杂的第一外延层25。
如图3所示，将第一外延层25表面进行约1100℃的热氧化，成长约6700的氧化硅膜，形成选择掩模。然后，将形成NPN晶体管的N+型埋入层41和电容元件的N+型埋入层40的锑扩散。
如图4所示，使用HF系的蚀刻剂除去作为选择掩模使用的氧化硅膜，以光致抗蚀剂为掩模，离子注入形成第二分离区域32的硼(B)。然后，在P型单晶硅衬底24的整体上由N2气体施加4小时左右的1180℃的热处理，通过使第一及第二分离区域31、32扩散，将两者连接。这样，形成分离区域27。
然后，如图5所示，在第一外延层25上形成比电阻1.2Ω·cm、膜厚7um的磷掺杂的第二外延层26。然后，将第二外延层26的表面热氧化。然后，由N2气体施加两小时左右的约1180℃的热处理，使分离区域再度扩散。由于通过该热处理将第二分离区域32扩散到硅表面侧，故可使后述的第三分离区域33相应较浅地扩散。因此，可抑制第三分离区域33的横向扩散，可缩小第三分离区域33的所占表面面积。其结果可提高集成度。然后，光刻氧化硅膜，形成选择掩模。然后，使形成第三分离区域33的硼(B)扩散。第一和第二外延层25、26通过完全贯通两者的P+型分离区域27，将形成光电二极管21的第一岛区域28、形成电容元件22的第二岛区域29、形成NPN晶体管23的第三岛区域30电分离。然后，向基极进行离子注入，由N2气体进行一小时左右约1100℃的热处理，进行基极扩散，形成NPN晶体管的基极区域42。
然后，如图6所示，向发射极离子注入磷(P)，由N2气体进行40分钟左右约900℃的热处理，进行发射极扩散，形成NPN晶体管的发射极区域43和集电极接点区域44。同时，形成电容元件的下部电极区域37，形成光电二极管的N+型扩散区域34。
如图7所示，除去N+型扩散区域34和下部电极区域37上的氧化硅膜35，利用CVD法堆积900程度膜厚的氮化硅膜，利用光蚀刻形成光电二极管的表面保护膜36和电容元件的电介质覆膜38。
然后，如图8所示，利用CVD法堆积500～1200左右非掺杂的氧化硅膜50，并堆积2000左右的多晶硅膜51。然后，光刻除去光电二极管部以外的多晶硅膜51。此时的蚀刻采用使用CF4+O2系气体进行的干蚀刻。
如图9所示，堆积6000～10000左右的氧化硅膜52。
然后，为形成电容元件22上部电极用开口，光刻电容元件22上的非掺杂氧化硅膜50和氧化硅膜52。此时的蚀刻采用使用HF系蚀刻剂进行的湿蚀刻。然后，开设接触孔。在本实施例中，接触孔被作为NPN晶体管23的电极取出用而形成。另外，虽未图示，为用于电容元件22或光电二极管21的电极取出用也形成接触孔。接触孔形成时的蚀刻，首先，进行使用HF系蚀刻剂的湿蚀刻，开设接触孔至中途，然后，进行干蚀刻，完全地形成接触孔。进行湿蚀刻至中途的目的是，通过侧面蚀刻将接触孔的上端扩大，这样，可提高由以后的工序堆积的Al的分步敷层，防止Al断线。
然后，堆积约1.2um Al-Si合金，利用光刻技术形成1stAl。此时的蚀刻采用干蚀刻。利用1stAl在电容元件22上形成电容元件上部电极39。同时，在NPN晶体管23上形成电极46。
其次，如图10所示，利用光刻技术除去光电二极管21上的氧化硅膜52。此时的蚀刻采用使用CHF3+O2系气体的干蚀刻。在蚀刻时，将多晶硅膜51作为蚀刻停止膜使用。因此，所述气体选择为使氧化硅膜52对多晶硅膜51的选择比为10～20左右。通过将多晶硅膜51作为蚀刻停止膜使用，可防止因超量蚀刻消去作为反射防止膜的氮化硅膜36，防止其膜厚的偏差。
其次，如图11所示，利用光刻技术除去光电二极管21上的多晶硅膜51。此时的蚀刻采用使用CF4+O2系气体的干蚀刻。当蚀刻时，将氧化硅膜50作为蚀刻停止膜使用。因此，所述气体选择为使多晶硅膜51氧化硅膜50的选择比为15～25左右。
然后，利用光刻技术除去光电二极管21上的氧化硅膜50。此时的蚀刻采用使用HF系蚀刻剂进行的湿蚀刻。蚀刻时将氮化硅膜36作为蚀刻停止膜使用。因此，所述蚀刻剂选择为氧化硅膜50对氮化硅膜36的选择比为10，最好为20左右。在蚀刻后的形状上，由于向氧化硅膜50单侧施加约1200程度的侧面蚀刻，故其上的多晶硅膜51形成按该蚀刻量向横向突出的形状，但设备方面没有问题。然后，通过形成钝化覆膜48，形成光半导体装置的结构。
其次，说明光电二极管21的结构和作用。首先，关于该结构，如上所述，由非掺杂形成第一外延层25，由磷掺杂形成第二外延层26。在该结构中，N+型扩散区域34被作为阴极区域使用。然后，P型单晶硅衬底24被作为阳极使用。
另外，在本实施例中，在N+型扩散区域34的表面形成作为反射防止膜的氮化硅膜36。然后，在N+型分离区域34的局部除去氮化硅膜36的部分配设阴极电极(未图示)，在分离区域27的表面配设阳极电极(未图示)。
其次，说明光电二极管21的作用。在阴极电极上施加+5V的Vcc电位，在阳极电极上施加GND电位，在该反偏压状态下，使光电二极管21动作。当给予这样的反偏压状态时，耗尽层向光电二极管21的第一和第二外延层25、26上扩展，由于第一外延层25是高比电阻层，故尤其是向第一外延层25中较大地扩展。该耗尽层容易地扩展，直至P型单晶硅衬底24，可得到极其厚的耗尽层。因此，可降低光电二极管21的结电容，可进行高速应答。
Claims (3)
1、一种光半导体集成电路装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：准备半导体衬底，在该半导体衬底上形成半导体层，并在该半导体层上形成光电二极管；在所述光电二极管形成区域的所述半导体层表面形成氮化硅膜后，在该氮化硅膜上形成氧化硅膜；在所述氧化硅膜上形成多晶硅膜；在所述多晶硅膜上面层积绝缘层；利用干蚀刻，由该绝缘层表面除去所述光电二极管形成区域的所述绝缘层；除去所述氧化硅膜和所述多晶硅膜，使所述氮化硅膜露出。
2、如权利要求1所述的光半导体集成电路装置的制造方法，其特征在于，在除去所述绝缘层的工序中，将所述多晶硅膜作为蚀刻停止膜使用，并通过所述干蚀刻除去所述绝缘层。
3、如权利要求2所述的光半导体集成电路装置的制造方法，其特征在于，在除去所述多晶硅膜的工序中，将所述氧化硅膜作为蚀刻停止膜使用，通过干蚀刻除去所述多晶硅膜；在除去所述氧化硅膜的工序中，将所述氮化硅膜作为蚀刻停止膜使用，并通过湿蚀刻除去所述氧化硅膜。
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