[實用新型]空間調制結構的光電探測器

有效

• 申請號: 201420044756.1
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN203690302U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 謝生;劉娜;毛陸虹;張世林
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L27/14
• 分類號: H01L27/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本實用新型涉及光纖通信系統、光互連以及光電探測器，具體講，涉及空間調制結構的光電探測器及其制備方法。?

背景技術

隨著信息通信技術的廣泛應用和各種新業務的不斷涌現，用戶終端對網絡帶寬的要求日益增加，傳統電互連網絡受RC時延的限制，難以進一步拓展頻帶。因此，采用高速、大容量的光通信及光互連提升網絡性能成為當前的重要研究課題。作為光通信及光互連領域的一種關鍵器件，光電探測器的優劣對整個系統的性能具有決定性的影響。?

目前，用于光通信及光互連領域的接收機多為混合集成光接收機，即采用引線鍵合技術，將Ⅲ-Ⅴ族半導體光電探測器與硅基CMOS接收電路混合集成同一基底上。這種集成方式不僅浪費大量芯片面積，引入寄生參數，而且在探測器芯片表面引入突起的壓焊線，不利于光纖對準耦合。鑒于混合集成的上述缺點，利用技術成熟的CMOS工藝研制低成本、高性能的光電探測器及其信息處理電路成為集成光電子領域的研究熱點之一。?

受硅材料自身特性和工藝結構的限制，標準CMOS工藝研制的光電探測器多為PN結光電二極管，難以同時兼顧速度和響應度。通常情況下，標準CMOS工藝制備PN結光電二極管的帶寬僅為數十MHz，遠遠不能滿足高速光通信及光互連的需求。為了進一步拓展與標準CMOS工藝兼容探測器的帶寬，毛陸虹等人提出了雙光電二極管結構的探測器（ZL200310101069.5）和帶平面螺旋電感的光電探測器（ZL200720098995.5），將器件本征帶寬擴展至數百MHz。然而，上述所述探測器為偽差分結構，無法實現全差分信號輸出。若想用在全差分光接收電路中，需加入虛擬探測器來維持差分電路的輸入負載平衡。?

發明內容

本實用新型旨在解決克服現有技術的不足，提供PN結光電二極管響應度高，本征帶寬寬，能夠實現全差分輸出的光電探測器，提升標準CMOS工藝單片集成光接收機的整體性能，為此，本實用新型采用的技術方案是，空間調制結構的光電探測器，結構為：P型襯底上制作有淺溝槽隔離區，淺溝槽隔離區內感光二極管和遮光二極管間隔排列；感光二極管由中等摻雜濃度的N型阱區與P型襯底構成，遮光二極管由中等摻雜濃度的N型阱區、P型襯底及第二層互連金屬構成，在中等摻雜濃度的N型阱區上方依次設置有N型重摻雜的N阱接觸區，在中等摻雜濃度的N型阱區周圍設置有P型重摻雜的襯底接觸區，P型重摻雜的襯底接觸區構成感光二極管和遮光二極管的陽極電極；N型重摻雜的N阱接觸區構成感光二極管和遮光二極管的陰極電極；第一層互連金屬交替連接相鄰感光二極管和遮光二極管的陰陽電極；第一層互連金屬與其上方的第二層互連金屬之間為第二層間介質，P型重摻雜的襯底接觸區、中等摻雜濃度的N型阱區上方除陰極、陽極外與第二層間介質之間為第一層間介質；第二層互連金屬作為遮光二極管的遮擋材料。?

層間介質為有機硅化物介質層。?

空間調制結構的光電探測器制作方法，包括下列步驟：?

1)利用包括氧化、淀積、光刻、刻蝕及化學機械拋光的標準CMOS工藝在P型輕摻雜硅襯底上制備淺溝槽隔離區(STI)；?

2)在淺溝槽隔離區內制備數個中等摻雜濃度的N型阱區，所述N型阱區與P型襯底構成Nwell/Psub光電二極管；?

3)在N型阱區外側的襯底上制備P型重摻雜的襯底接觸區，所述襯底接觸區作為Nwell/Psub光電二極管的陽極；?

4)在N型阱區內制備N型重摻雜的N阱接觸區，所述N阱接觸區作為Nwell/Psub光電二極管的陰極；?

5)在晶片上表面淀積氧化物介質層，并利用光刻、刻蝕及金屬化工藝制備出所述Nwell/Psub光電二極管的陽極電極和陰極電極；?

6)利用第一層互連金屬實現所述Nwell/Psub感光二極管和遮光二極管陽極和陰極電極的相互連接；?

7)采用旋涂工藝在芯片上表面涂覆有機硅化物介質層，該介質層一方面充當層間互連介質，另一方面平坦化芯片表面；?

8)利用標準CMOS工藝的第二層互連金屬交替遮蔽Nwell/Psub光電二極管，所述第二層互連金屬用于部分遮蔽入射光，實現輸入光信號的空間調制，并與其下遮蔽的Nwell/Psub光電二極管構成遮光二極管；?

9)在芯片上表面順序淀積氧化硅/氮化硅鈍化層，防止芯片劃傷和外界環境影響。?

空間調制結構的光電探測器還連接有電阻做負載的差分共源級跨阻放大器，感光二極管、遮光二極管的陽極電極接GND電位，感光二極管、遮光二極管的陰極分別接差分放大器的輸入端口。?

本實用新型的技術特點及效果：?