与标准CMOS技术兼容的硅基正向注入发光器件制造技术

本实用新型专利技术涉及硅基发光电子器件技术领域，为提供一种基于标准CMOS工艺的硅基发光器件，它既可以反向偏置发光，又可以正向偏置注入发光，而且正向注入发光功率密度大、效率高。为此，本实用新型专利技术采取的技术方案是，与标准CMOS技术兼容的硅基正向注入发光器件，结构为：轻掺杂的p型硅片衬底上设置有一对p+有源区和一对n+有源区，每对有源区占一轴线，两对有源区成十字分布；p型硅片衬底及有源区上部设置有二氧化硅电极氧化层；有源区上方区域的二氧化硅电极氧化层设置有通孔，通孔用于有源区通过TiSi2，形成和金属之间的欧姆接触引出后形成管脚。本实用新型专利技术主要应用于硅基发光电子器件的设计制造。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及硅基发光电子器件
，为提供一种基于标准CMOS工艺的硅基发光器件，它既可以反向偏置发光，又可以正向偏置注入发光，而且正向注入发光功率密度大、效率高。为此，本技术采取的技术方案是，与标准CMOS技术兼容的硅基正向注入发光器件，结构为：轻掺杂的p型硅片衬底上设置有一对p+有源区和一对n+有源区，每对有源区占一轴线，两对有源区成十字分布；p型硅片衬底及有源区上部设置有二氧化硅电极氧化层；有源区上方区域的二氧化硅电极氧化层设置有通孔，通孔用于有源区通过TiSi2，形成和金属之间的欧姆接触引出后形成管脚。本技术主要应用于硅基发光电子器件的设计制造。【专利说明】
本技术涉及硅基发光电子器件
，具体讲，涉及与标准CMOS技术兼容 的娃基正向注入发光器件。 与标准CMOS技术兼容的硅基正向注入发光器件 技术背景 在娃基发光的各种器件结构中，与CMOS工艺兼容的发光器件结构占据着一个重 要的地位。尽管这种器件结构发光强度和转换效率尚不够理想，然而由于其与CMOS工艺兼 容，可以同其它的硅基无源光电子器件和微电子器件制备在同一芯片上，形成光电子集成 电路（0EIC)。由于高效的硅基发光器件（Si-LEDs)和光探测器是实现0EIC的基础和核心， 随着当前VLSI和ULSI的不断发展，因此这种发光器件仍然具有很大的发展潜力。 在已研发的与CMOS工艺兼容的Si-LEDs中，采用反向击穿发光机理制作的 Si-LEDs占主要部分。反向击穿发光的Si-LEDs分为：n+-p结雪崩击穿Si-LEDs，n+-p+结齐 纳击穿Si-LEDs及n+-p结齐纳击穿和表面击穿Si-LEDs。上述器件都采用了高能量热载流 子的发光机制，其击穿电压较大，存在直流损耗，不适合与集成电路（1C)结合。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，提供一种基于标准CMOS工艺的硅基发光器件，它既可 以反向偏置发光，又可以正向偏置注入发光，而且正向注入发光功率密度大、效率高。为此， 本技术采取的技术方案是，与标准CMOS技术兼容的硅基正向注入方法，包括如下步 骤： (1)采用轻掺杂的p型硅片作为衬底，晶向为〈100>，进行热氧化形成缓冲层；随后 在衬底上方低压化学汽相淀积（LPVCD)SiN 4，用来作为离子注入的光罩（mask)及后续工艺 中定乂 η讲的区域； (2)将光刻胶涂在SiN4上之后，利用光刻技术将所要形成的η阱区的图形定义出 来，并用干法刻蚀的方法将上述定义的区域的SiN 4去掉，形成η阱注入窗口； (3)利用离子注入的技术，将磷元素注入（2)步中所定义的窗口中，接着利用无机 溶液将光刻胶去除；并采用热磷酸湿式刻蚀方法将SiN 4去除掉； (4)离子注入后进行退火处理； (5)利用热氧化方法在由衬底组成的晶圆上形成高品质的二氧化硅，作为为电极 氧化层；涂布光刻胶后，利用光刻技术刻蚀出发光器件的P+有源区，与此同时形成n+有源区 的屏蔽，再利用离子注入技术将硼元素注入该区域； (6)利用光刻技术刻蚀出发光器件的n+有源区，与此同时形成p+有源区的屏蔽， 再利用离子注入技术将磷元素注入该区域，然后除去晶圆表面的光刻胶； (7)去除（5)步中生成的表面氧化物，之后利用退火技术，将经离子注入过的n+区 及P+区进行电性活化及扩散处理； (8)利用溅射工艺在整个晶圆表面进行Ti淀积，然后利用自对准硅化物工艺形成 TiSi2，接着进行湿法刻蚀除去多余的Ti并保留TiSi2，形成Si和金属之间的欧姆接触； (9)利用溅射工艺在整个晶圆表面进行硼磷硅玻璃（BPSG)淀积并对整个晶圆表 面进行化学机械平坦化。然后进行利用光刻技术定义接触孔，再利用活性离子刻蚀技术刻 蚀出接触孔；接着利用溅射工艺，在接触孔表面溅射一层TiN，并用W填充接触孔；利用光刻 技术定义出第一层金属的屏蔽层，再将铝金属利用活性离子刻蚀技术刻蚀出第一层金属导 线的结构及金属屏蔽层，将第一层金属导线连接到PAD层； (10)重复（9)步刻蚀出第二层金属导线的结构及金属屏蔽层；将第二层金属导线 连接到PAD层； (11)然后将采用上述标准CMOS工艺制成的芯片送到专业机构进行划片，将发光 器件所在的芯片部分和其它的集成电路模块所在的芯片部分划开分离； (12)通过引线键合技术，电镀压焊点，用细金线连接发光器件的PAD层和管壳的 金属引脚，最后封装在管壳里，制成硅基发光器件。 与标准CMOS技术兼容的娃基正向注入发光器件，结构为： 轻掺杂的p型硅片衬底上设置有一对P+有源区和一对n+有源区，每对有源区占一 轴线，两对有源区成十字分布；P型硅片衬底及有源区上部设置有二氧化硅电极氧化层；有 源区上方区域的二氧化硅电极氧化层设置有通孔，通孔用于有源区通过TiSi 2，形成和金属 之间的欧姆接触引出后形成管脚。 有源区的形状为：沿轴线方向为长方形，长方形一侧为等腰三角形结构，等腰三角 形的顶端朝向对称有源区方向；长方形区域为形成欧姆接触的引出区域。 -对p+有源区中的一个作为载流子调制端，以此提高器件的发光强度。 与已有技术相比，本技术的技术特点与效果： 本技术正向注入Si-LEDs发射近红外光，不易被体硅本身吸收，有利于获得 高发射光功率和提高外量子效率。制作和实现高效率高光功率密度的硅基光源，将在光电
得到重大突破，开创全新硅基光学信息时代。 【专利附图】【附图说明】 为进一步说明本专利的
技术实现思路
，以下结合附图及实施例详细说明于后，其中： 附图1是本技术提供的硅基正向注入发光器件一的结构图（上方为器件俯视 图；下方为与之对应的剖视图）。 附图2是本技术提供的硅基正向注入发光器件二的结构图（上方为器件俯视 图；下方为与之对应的剖视图）。 附图3是本技术提供的硅基正向注入发光器件三的结构图（上方为器件俯视 图；下方为与之对应的剖视图）。 附图4是本技术提供的硅基正向注入发光器件的需要进行有源区掺杂的区 域。 附图5是本技术提供的硅基正向注入发光器件的正向注入发光功率图。 附图6是本技术提供的硅基正向注入发光器件的正向注入发光光谱图。 附图标记如下： l、p衬底；2、n阱；3、p+有源区；4、n+有源区；55102氧化层；6、金属屏蔽层；7、第 一层金属；8、接触孔，填充W ;9、第二层金属；10、PAD层（焊盘）。 【具体实施方式】 本技术提出的正向注入发光器件可改善上述的不足。正向注入发光的 3卜1^〇8由于是正向偏置，故工作电压很低，可以与￥1^1(3.3￥)和^^1(2.5￥)电源电压兼 容，亦可能与掺Er，掺FeSi2,位错环（DL)等发光机制兼容和并用。正向注入Si-LEDs发射 近红外光，不易被体硅本身吸收，有利于获得高发射光功率和提高外量子效率。制作和实现 高效率高光功率密度的硅基光源，将在光电
得到重大突破，开创全新硅基光学信 息时代。 本技术的目的是提供一种基于标准CMOS工艺的硅基发光器件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与标准CMOS技术兼容的硅基正向注入发光器件，其特征是，结构为：轻掺杂的p型硅片衬底上设置有一对p+有源区和一对n+有源区，每对有源区占一轴线，两对有源区成十字分布；p型硅片衬底及有源区上部设置有二氧化硅电极氧化层；有源区上方区域的二氧化硅电极氧化层设置有通孔，通孔用于有源区通过TiSi2，形成和金属之间的欧姆接触引出后形成管脚。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢荣，武雷，崔猛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12