[實用新型]基于標準CMOS工藝的新型光互連結構

有效

• 申請號: 201320896369.6
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN203690325U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 謝榮;張興杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L31/173
• 分類號: H01L31/173;H01L31/105;H01L33/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本實用新型涉及硅基發光及接收領域，涉及一種基于標準CMOS工藝的單晶硅LED及多晶硅PIN探測器組成的新型光互連結構。

背景技術

21世紀信息科學技術迅猛發展，集成電路的特征尺寸正在變得越來越小，芯片的集成度也在摩爾定律的引導下變得越來越高，微電子產品正在向著小而精的方向發展。由于大量信息需要快速處理，因此人們對集成電路的工作速度也提出了更高的要求。然而在現在的工藝條件下，微電子技術信息的載體、電子已經成為除了電路的結構、器件的尺寸之外制約微電子電路工作速度提高的重要瓶頸。如果將微電子技術與光電子技術相結合，用標準CMOS工藝在硅基襯底上制備全硅光電集成電路（OEIC），則在維持制作工藝成本基本不變的前提下，將會使電路處理信息的速度有很大的提高。

高效的硅基發光器件（Si-LED）及光探測器是實現OEIC的基礎和核心。為此近些年研究人員對Si-LED及相應的探測器進行了大量的研究，設計了各種類型的Si-LED及探測器。雖然在OEIC的研究中不斷有新的理論被提出，單個器件的某些性能也有相當的提高，然而用標準CMOS工藝制作OEIC的技術依然還不成熟，還有待于進一步的研究。根據目前已知的報道，多晶硅的探測器還沒有被研究探索，如果利用MOSFET多晶硅層制備光探測器，則可以將其直接制備在單晶硅LED之上，減小了光傳輸路程，從而降低光傳輸損耗。

實用新型內容

為了克服現有技術存在的問題，本實用新型提出了一種基于標準CMOS工藝的新型光互連結構，實現了基于標準CMOS工藝的單晶硅LED及多晶硅PIN探測器組成的新型光互連結構及制備方法，以獲得一種新型的光互連結構；本實用新型提供的光互連結構，能夠將輸入的電信號通過高效的單晶硅LED發光轉化成光信號，然后光信號被多晶硅PIN探測器轉換成電信號輸出。

本實用新型通過如下技術方案予以實現。

本實用新型提出的基于標準CMOS工藝的新型光互連結構包括單晶硅LED、柵極氧化SiO₂層2、多晶硅PIN探測器以及P型襯底12，其中：

所述單晶硅LED包括單晶硅LED陽極及其接觸區5、單晶硅LED陰極及其接觸區6；設置在P型襯底12中的N阱1中；

所述柵極氧化SiO₂層2采用兩層CMOSFET的SiO₂層結構，作為該互連結構的光波導，其厚度為（或）；

所述多晶硅PIN探測器設置于所述柵極氧化SiO₂層2之上，分成了三個區域，包括多晶硅探測器的陽極及其接觸區7；多晶硅探測器的陰極及其接觸區8、多晶硅探測器的i區9以及設置于多晶硅探測器的陽極及其接觸區7和多晶硅探測器的陰極及其接觸區8上的多晶硅探測器的電極通孔10；

與現有技術相比，本實用新型具有如下積極效果：

硅基單片光電集成電路是一種電輸入、光傳輸、電輸出的光互連結構，本實用新型通過設計由高效率的單晶硅LED和新型的多晶硅PIN探測器組成的光互連系統，是解決目前傳統的硅集成電路芯片在速度和集成度方面繼續發展出現不可避免的“瓶頸”的有效方案之一，該實用新型可為基于標準CMOS工藝的光互連系統提供一些新的、有益的參考。

附圖說明

圖1是本實用新型的單晶硅LED與多晶硅PIN探測器組成的光互連結構的剖面結構示意圖；

圖2是本實用新型的單晶硅LED與多晶硅PIN探測器組成的光互連結構的平面圖。

圖3是多晶硅探測器的多晶硅層的平面視圖。

圖4是需要進行有源區摻雜的區域。

附圖標記如下：

1、N阱；2、柵極氧化SiO₂層；3、多晶硅層；4、單晶LED電極通孔；5、單晶硅LED陽極及其接觸區；6、單晶硅LED陰極及其接觸區（P區）；7、多晶硅探測器的陽極及其接觸區（N區）；8、多晶硅探測器的陰極及其接觸區（P區）；9、多晶硅探測器的i區；10、多晶硅探測器的電極通孔；11、電極及金屬屏蔽層；12、襯底；13、需要進行P摻雜的區域；14、需要進行N摻雜的區域

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，進一步詳細說明本實用新型的具體實施方式。