TW511211B - A single chip structure of Si-Ge photo detector and high-speed transistor - Google Patents

Description

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【發明背景】 1.發明領域 本發明係提供一種矽鍺光偵測器舆高速電 晶體之單 片化結構’利用該光偵測器與南速電晶辦 巧日日歷具有相似士 ，可於同一基板上完成光偵測器與高速電晶體單a q、、'。構 並以一分隔絕緣層，區隔該光偵測器與高速電2 =片2， 形成一種矽鍺光偵測器與高速電晶體之單曰^ = 士 ’藉之 2·發明背景 日日 、、、口構。 現今發展在石夕基板（Si-based)上高逮的矽鍺显柄 雙載子電晶體（SlGe HBT)技術，逐漸已可應用於Gb/^ = 積體電路（OEICs)，但是整合光偵測器於矽基板上_ ^電 能^用於0.8/ζπι波長之光接收器，尤其在現^光通只 中最常使用的1· 31 /zm和1· 55 /zm，光偵測器一直是以砷: 銦鎵光二極體（InGaAs ph〇t〇di〇de)為主，矽在此波段 收率相當低且無法在矽基板上整合成單晶片（s〇c)，因此 可接收此一波段之矽鍺多重量子井（mul ti-quantum wel i MQWf光偵測裔’成為可整合此波段矽基板光接收器與光 债測器為單晶片積體電路（ICs)最可行方案。 、 ^ 傳統的石夕鍺多重量子井光二極體除了無放大功能且需 ，外成長一具1 # m厚之多重量子井磊晶層，以及為增加光 ^放率所為之光波導（wave-guide)與共振（resonant)結 一 達到及收1.3mm以上波長光的目的，但是與高速石夕 _ 執千電晶體製程不相容，需增加許多額外蝕刻和 南溫製程，敕人 正合的效益不高，成本無法有效降低。因此設 511211 曰 修正 .90121246 五、發明說明（2) 吕十具放大作用之石々力上 ,e r 、令 、夕鍺/矽（SlGe/Si)夕重量子井光電晶體， ，^爐相且上波長光，並與高速矽鍺高速雙載子電晶 二^i/、於整合為單晶片積體電路，而傳統矽鍺光 ，以=二效5 3收較短波長光（〇. 7_〜L 0mm)應用為主 以利於整合為單晶片積體電路。 【發明之簡要說明】 爰是，本發明之要 免上述缺失之在/ 的，在於解決上述之缺失，避 i電ίϊίίΐΐ ’本發明係提供-種石夕鍺光痛測器與高 迷私日日體之早晶片化結構， 與高速電晶體單晶片化。 、同基板上完成光偵測器 電晶-種-鍺應器與高速 路製程成本，並可;降低光通訊電晶體積體電 【發明之詳細說明】 如第1圖所示，係為本 晶體之單晶片化結構流程圖 體與光二極體’南速電晶體 該光偵測器與高速電晶體具 1上完成光偵測器與高迷電 緣層6 ，區隔該光偵測器與 偵測器與高速電晶體之單晶 光電晶體與高速雙载子電晶 光二極體與高速雙載子電晶 舍明之石夕鍺光偵測器與高速電 ’其中該光偵測器可為光電晶 可為高速雙載子電晶體，利用 有相似的結構，可於同一基板 曰曰體單晶片化，並以一分隔絕 ν逮電晶體，形成一種石夕鍺光 片化結構，並藉由實施例一之 體單晶片化結構與實施例二之 μ單晶片化結構來詳加說明。 511211 90121246 _———案！ 五、發明說明（3) 晶體單晶 【本發明第一實施例之光電晶體與高速雙載子電 片化結構】 ^ 如『第2a圖』，『第2b圖』，『第2C圖』，『 第2 d圖』，『第2 e圖』與『第2 f圖』所示，係本發 明第一實施例之光電晶體與高速雙載子電晶體 s ^ 士 構製造流程剖面圖。如第2 a圖所示，於一石夕 絕緣物（silic〇n —〇n—insuiat〇r)基板1上形成—集極複合 層7 其中集極複合層7係由一集極層2與一光^號吸收 層3所組成’如第2b圖與第2 c圖所示，該集極層2與 光訊號吸收層3依序形成於基板1上，集極複合層了之集 極層2材質可選自矽，光訊號吸收層3材質結構^為石夕/ 矽鍺（Si/Si卜xGex)多重量子井（multi-quantum well)或超 晶格（supperlattice)，其中該矽鍺中鍺的組成X範圍為 0 < 1 ’並具有吸收紅外線波長光與增加光吸收效率等功 能。如第2 d圖所示，於該集極複合層7之光訊號吸收層 3上形成一基極層4，該基極層4之材質可選自石夕鍺或石夕 基極層4厚度由南速電晶體的速度需求決定。 如第2 e圖所示，於該基極層4頂面之適當位置，形 成一射極層5，射極層5可設計為部分覆蓋或完全覆蓋基 極層4，部分覆蓋基極層4具有利於光訊號射入光= 收層3之優點；而完全覆蓋基極層4，因完全蓋住之^訊 儿接收層3 ’有效降低基極串聯電阻，但射極層5处合 及收部分光訊號。若基極層4為13型摻雜，則射極層：b與曰 -^M_9〇l2i246

五、發明說明（4) 集極層2為η型摻雜，反 層5與集極層2為ρ型摻=若基極層4為η型摻雜，則射極 可為純質（無摻雜）、η型=，光電晶體之光訊號吸收層3 晶矽或矽鍺，其厚度為最型。該射極層5可選自矽、複 如第2 f圖所示，=1、1 0咖，最大無限制。 以深溝方式填入絕緣材質^獨立射極層5之間適當位置， 隔絕緣層6 ，分隔絕緣】^ =用二^反向接面來形成一分 收層3與集極層2，連接垂直貝穿基極層4、光訊號吸 體與一高速雙載子電晶體至f板1表面，形成為一光電晶 上完成光電晶體與高进二=由上述組成可在同一基板1 速雙载子電晶體之單晶片化結構。 曰曰 【本發明第二實施例之光 片化結構】 極體與高逮雙載子電晶體單 —如第2a圖』，『第2b圖』，『第2C@ ，『 弟f 1圖ί與『第3圖』所*，係本發明第二實施：之光 一虽=與间速雙載子電晶體單晶片化結構製造流程剖面圖 、如第2 a圖所不，於一矽晶圓或矽〜絕緣層基板丄上形 成一集極複合層7，其中該集極複合層7係由一集極層2 與一光訊號吸收層3所組成，如第2 b圖與第2 c圖所示 ，集極層2與光訊號吸收層3依序形成於基板χ上，集極 複合層7之集極層2材質可選自矽，光訊號吸收層3材質 結構可為矽/矽鍺（Si/SinGex)多重量子井或超晶格，其中 邊石夕鍺中鍺的組成X範圍為〇 < 1，並具有吸收紅外線波長 光與增加光吸收效率等功能。

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五、發明說明（5) 如第3圖所示，宾雔 成-射極層5，光2子電晶體之基極層4上形 合層7與一基極層4 二極層5僅由一集極複 由-。-η或"接合形態所：=實際上是 子電晶體之用。在 =射極層5僅為南速雙載 如基極層4為ρ型捭f 问速雙載子電晶體結構中， 型摻雜，光—極‘、、、11 , $ ，則射極層5與集極層2為p η型或?型極體之光訊號吸…可為純質(無摻雜) 。月參ft?、第3圖，於射極層5鱼笑朽恩 適當位置以深溝方式填入絕緣材質；=4頂面，^ ，該分隔絕緣層6垂直貫穿基極層4 八=吸收層3與集極層2，連接至基板丄表面，將里 光二極體與高速雙載子電晶體。藉由上述步驟可在 片化結構。 阿逮雙載子電晶體單晶 本發明特別揭露並描述了所選擇之較佳實施例， 此以之限定本發明實施之範圍，即凡熟悉本技術的人均可 明瞭，依本發明申請專利範圍所作任何形或是細節上可能 之變化，均未脫離本發明專利涵蓋之精神與範圍。

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第8頁 511211 案號 90121246 年 月 曰 修正 圖式簡單說明 【圖式說明】 1 ·圖式： 第1圖係本發明矽鍺光偵測器與高速電晶體之單晶片 化結構之流程圖。 第2a圖，第2b圖，第2c圖，第2d圖，第2e 圖，第2 f圖係本發明第一實施例之光電晶體與高速 雙載子電晶體單晶片化結構製造流程剖面圖。 第3圖係本發明第二實施例之光二極體與高速雙載子 電晶體單晶片化結構剖面圖。 丨» 2 ·圖號： 基板................1 集極層·..... 2 光訊號吸收層............3 基極I...............4 射極層...............5 絕緣層...............6 集極複合層.............7 _

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Claims (1)

1. 511211 __案號 9012Ί?Μ__年月曰 六、申請專利範圍 【申請專利範圍】 包括 1 · 一種矽鍺光偵測器與高速電晶體之單晶片化結構 一基板； 一光電晶體，形成於該基板上之一侧； 一高速雙載子電晶體，形成於該基板上光電晶體相對之 另一側；及 aa版 、 一分隔絕緣層，利用該分隔絕緣層區隔一光電晶體與一 高速雙載子電晶體，藉由上述組成可在同—基板上完成 該光電晶體與該高速雙載子電晶體之單晶片i結構7 2 ·如申請專利範圍第1項所述之矽鍺光偵測器與高速電晶 體之單晶片化結構，該基板可選自矽晶圓或矽—絕緣層 基板。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之矽鍺光偵測器與高速電晶 體之單晶片化結構，其中該光電晶體與高速雙載子電晶 體之結構係包括： 一集極複合層，係由一集極層與一光訊號吸收層所組成 ’其中該光訊號吸收層形成於集極層上； 一基極層，於該集極複合層上形成一基極層；

   一射極層，於該基極層上形成一射極層。 4·如申請專利範圍第X項所述之矽鍺光偵測器與高速電晶 體之單晶片化、结構，該分隔絕緣層可以用深溝方式填入 絕緣材質或利用p-n反向接面來形成，具有分隔一光偵 測區與一南速電晶體區之功能。

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   六、申請專利範圍 5 ·如申請專利範圍第3項 體之單晶片化結構，其中 '之矽鍺光偵測器與高速電晶 體結構中，該集極複合；之1光電晶體與高速雙載子電晶 6 ·如申請專利範圍第3項二'^集極層可選自矽匕 體之單晶片化結構，其中迷^石夕鍺光偵測為、與高速電晶 體結構中，該光訊號吸^光電晶體與高速雙載子電晶 重量子井、超晶格，矽:可為矽/矽鍺（Si/S:^Gex)多 具有吸收紅外線波長光鱼、，鍺的組成X範圍為0<Χ^1，並 7·如申請專利範圍第3項^斤增加光吸收效率等功能。 體之單晶片化結構，其述之矽鍺光偵測器與高速電晶 體結構中，該基極層可、琴=光電晶體與高速雙載子電晶 載子電晶體的速度需求矽鍺或矽，其厚度由高速雙 8,如申請專利範圍第3項；：。 體之單晶片化結構，其 Α之石夕鍺光偵測器與高速電晶 體結構中，該射極層 f光電晶體與高速雙載子電晶 其厚度最小為i 〇_，田貝可選自矽、複晶矽或矽鍺， 9·如申請專利範圍第戶大無限制。 體之單晶片化έ士椹甘、、之夕鍺光偵測器與咼速電晶 體結構中，如；Ξ層ί:型之Α電嶋 型摻雜’反之如基極層為則射極層與集極層為η 為?型摻雜，光電晶體之光以，則射極層與集極層 雜）、η型或ρ型。 尤況魂吸收層可為純質（無摻 晶體之單晶片化結構，並中=錯光偵測器與高速電 〃 Τ之光電晶體與高速雙載子

   1 〇.如申凊專利範圍第3項所 511211 修正 案號 90121 六、申請專利範圍 電晶體結構中，JL續勒私；昆 ▲丄 ^ F ^ A ^ ^ 、極層可纟又计為僅部分覆蓋或完 全覆盍基極層。 11 · 一種矽鍺光偵測器與高速電晶體之單晶片化 包括： 一基板； 一光二極體，形成於該基板上之一側； 一高速雙載子電晶體，形成於該基板上光二極體相對之 另一側；及 一分隔絕緣層，利用該分隔絕緣層區隔該光二極體與該

   高速雙載子電晶體，藉由上述組成可在同一基板上^成 一光二極體與一高速雙載子電晶體之單晶片化結構。 1 2 ·如申凊專利範圍第11項所述之矽鍺光偵測器與高速電 晶體之單晶片化結構，該基板可選自矽晶圓或石夕—絕緣 物0 1 3 ·如申請專利範圍第丨丨項所述之矽鍺光偵測器與高速電 曰曰體之単晶片化結構’其中该光二極體與高速雙载子 電晶體之結構係包括： 一集極複合層，係由一集極層與一光訊號吸收層所組成 ’其中該光訊號吸收層形成於集極層上；

   一基極層，於該集極複合層上形成一基極層； 一射極層，於該高速雙載子電晶體之基極層上形成一射 極層，於光二極體部分則無射極層。 1 4 ·如申請專利範圍第丨丨項所述之矽鍺光偵測器與高速電 晶體之單晶片化結構，該分隔絕緣層可以用深溝方式

   第12頁 511211 _ 案號 90121?4fi

   六、申請專利範圍 填入絕緣材質或利用ρ-η反向接面來形成，具有分隔〜 光偵測區與一高速電晶艨區之功能。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3項戶斤立之石夕鍺光偵測器與高速電 晶體之單晶片化結構，其中之光二極體與高速雙載子電 晶體之結構中，該集極複合廣之集極層可選自矽。 1 6 ·如申請專利範圍第丨3項所述之石夕鍺光偵測器與高速電 晶體之單晶片化結構，其中之光二極體與高速雙載子電 晶體之結構中，該集極複合層之光訊號吸收層可為矽/ 矽鍺（Si/SUex)多重量孑丼、超晶格，矽鍺中鍺的組 成X範圍為〇 <χ^ 1，並具有吸收紅外線波長光與增加光 收效率等功能。 1 7 ·曰如申請專利範圍第1 3項所述冬矽鍺光偵測器與高速電 曰曰曰體之單晶片化結構，其中之光二極體與高速雙載子泰 曰日體之結構中，該基極層町選自矽鍺或矽，其厚度由古 速雙載子電晶體的速度需求決定。 向 1 8 ·曰如唾申請專利範圍第1 3項所述之矽鍺光偵測器與高速兩 !曰片化結構’其中ί光二極體與高速雙載子\ ，該射極層之材質可選自石夕、複晶石夕或石夕電 、 /、厚度最小為1 Onm，最大無限制。 19.曰如體申^專利範圍第13項所述之石夕在者光偵滴!器與高速電 日日—之早晶片化結構，其中之光二電 為η型摻雜 仁 ^ 則射極層與集極層 主b #，反之如基極層為η型摻 曰 層為Ρ型摻雜，亦_托Μ夕# 1 $濉則射極層與集極 先一極胆先唬吸收層可為純質（無摻

   511211 案號90121246 年月日 修正

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