光电二极管集成器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种光电二极管集成器件及其制备方法。该光电二极管集成器件包括：P型单晶硅衬底，该衬底上设置有若干光电二极管集成器件单元，包括Photo Diode单元、NMOS单元和PMOS单元；还包括依次层叠设置的第一介电层、第一金属层、透光层、第二介电层和第二金属层。本发明专利技术光电二极管集成器件在CMOS工艺中集成，直接将光电二极管做在CMOS的普通P型单晶硅衬底上，不需要高成本的外延层，大大降低了成本，扩展其应用范围。

【技术实现步骤摘要】
光电二极管集成器件及其制备方法
本专利技术属于半导体集成电路
，具体涉及一种光电二极管集成器件及其制备方法。
技术介绍
光电二极管(Photodiode)为一个工作在反向偏压下的PN结二极管，当PN结加反向偏压时，外加电场方向与PN结的内建电场方向一致，势垒加强，在PN结界面附近载流子基本上耗尽形成耗尽区。当光束入射到PN结上，且光子能量hv大于半导体材料的带隙Eg时，价带上的电子吸收光子能量跃迁到导带上，形成一个电子—空穴对。在耗尽区，在内建电场的作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，如果PN结外电路构成回路，就会形成光电流。当入射光功率变化时，光电流也随之线性变化，从而把光信号转换成电信号，此即为PN结的光电效应。但如果器件中只有光电二极管是完成不了什么工作的，它必须配备相应的外围电路模块才能实现相应的功能。初期，光电二极管与外围电路模块独立开的，但随着时代的发展，这种模式已满足不了人们的需求，将光电二极管与外围电路模块集成在一起的模式应运而生。因光电二极管的器件结构相对简单，相对容易集成在CMOS电路中，此技术发展较快，目前已经广泛应用在如光检测器，照相机，摄像机等等领域。在某些对光电转化特性要求较高(高转化率，低噪声，响应速度快)的领域，需要用特殊的材料和生产工艺才能实现，其生产成本也相对较高；而某些对光电转化特性要求没那么高(摄像头上使用的光检测器)的应用领域，因市场竞争比较激烈，成本压力较大。因此，成本问题制约光电二极管的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的克服现有技术的上述不足，提供一种基于CMOS工艺的光电二极管集成器件及其制备方法，以解决现有光电二极管器件成本高、使用受限的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供一种光电二极管集成器件。所述光电二极管集成器件基于CMOS工艺形成，包括：P型单晶硅衬底，所述P型单晶硅衬底内部形成有N阱区和P阱区，所述P阱区内部形成有P+扩散区；所述P型单晶硅衬底上设置有若干光电二极管集成器件单元，所述光电二极管集成器件单元包括PhotoDiode单元、NMOS单元和PMOS单元；所述PhotoDiode单元设置在所述N阱区，包括在所述N阱区内设置的N+扩散区；所述NMOS单元设置在所述P阱区，所述PMOS单元设置在所述N阱区；所述NMOS单元和PMOS单元均包括源极、漏极和栅极；且所述PhotoDiode单元、NMOS单元和PMOS单元均包括设置在所述P型单晶硅衬底上的栅氧化层和场氧化层；在所述N+扩散区和场氧化层表面依次层叠设置有第一介电层、第一金属层、透光层、第二介电层和第二金属层，其中，所述N+扩散区表面的第一介电层厚度小于所述NMOS单元和PMOS单元的第一介电层厚度。本专利技术提供的光电二极管集成器件在CMOS工艺中集成，直接将光电二极管做在CMOS所用的普通P型单晶硅衬底上，而P型单晶硅衬底也是PhotoDiode单元PN结的P端，N阱区即是PMOS单元的N阱区，也是PhotoDiode单元PN结的N端，这样不需要高成本的外延层，大大降低了光电二极管集成器件的成本，进一步扩展其应用范围。本专利技术另一方面，提供一种上述光电二极管集成器件的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：提供P型单晶硅衬底；在所述P型单晶硅衬底上依次形成N阱区和P阱区；形成OD区和P-field区，在所述P型单晶硅衬底上生长场氧化层和栅氧化层，并在所述栅氧化层上形成NMOS栅极、PMOS栅极，并形成图案化的N+区和P+区；在所述N+区、P+区、栅极和场氧化层上沉积第一介电层，并在所述第一介电层上挖孔形成露出N+区或P+区表面的第一接触通孔，在所述第一接触通孔内溅镀所述第一金属层，形成第一引线；蚀刻所述N阱区对应的N+区上的所述第一介电层；在所述第一介电层表面沉积透光层和第二介电层，并在所述第一接触通孔对应区域挖孔形成第二接触通孔，在所述第二接触通孔内溅镀第二金属层，形成第二引线。本专利技术提供的光电二极管集成器件制备方法，除了增加处理N+扩散区表面覆盖薄膜(第一介电层)的一次光刻及相关步骤外，形成光电二极管集成器件所需的其他部分，如PN结的P端(P型衬底，通过P+引出)，N端(形成CMOS的N阱时同时形成，通过N+引出)，N+扩散区和P+扩散区，其都与CMOS工艺中的相关步骤同步完成。这样，减少了对应的光刻版以及相应的工艺步骤，从而降低了生产成本；且该方法对光电二极管的集成也未影响到原来CMOS工艺中其他各种器件的性能。附图说明图1是本专利技术实施例提供的光电二极管集成器件的完整结构图；图2是本专利技术实施例提供的光电二极管集成器件结构形成阶段示意图-至NW，PW的形成；图3是本专利技术实施例提供的光电二极管集成器件结构形成阶段示意图-至GOX，Poly，N+，P+的形成；图4是本专利技术实施例提供的光电二极管集成器件结构形成阶段示意图-至CON，M1的形成；图5是本专利技术实施例提供的光电二极管集成器件结构形成阶段示意图-至至PhotoDiode单元区域薄膜处理；图6是本专利技术实施例提供的光电二极管集成器件的制备方法工艺流程图；图中附图说明如下：P-SUB：即P型单晶硅衬底，同时为光电二极管的PN结的P端；；NW：即N阱区，为PMOS的N阱区，同时为光电二极管的PN结的N端；PW：即P阱区，为NMOS的P阱区；P-field：即P-field区，P场；P+：位于PW上的P+是光电二极管P+扩散区；位于NW上的P+是PMOS源极区和PMOS漏极；N+：位于NW上的N+是光电二极管N+扩散区，位于PW上的P+是NMOS源极和NMOS漏极；FOX：场氧化层；Poly：栅极，从左至右依次为NMOS栅极和PMOS栅极；BPSG：即含硼和磷的二氧化硅，为第一介电层；M1：第一金属层；M2：第二金属层；3PSG：含3％磷的二氧化硅，为透光层；PhotoDiode：PhotoDiode单元；NMOS：NMOS单元；PMOS：PMOS单元。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例中，提供一种光电二极管集成器件。该光电二极管集成器件基于CMOS工艺形成，如图1所示，具体包括如下：P型单晶硅衬底(P-SUB)，其内部形成有N阱区(NW)和P阱区(PW)，该P阱区(PW)内部形成有P+扩散区；P型单晶硅衬底(P-SUB)上设置有若干光电二极管集成器件单元，该光电二极管集成器件单元包括PhotoDiode单元、NMOS单元和PMOS单元；PhotoDiode单元设置在N阱区(NW)，包括在N阱区(NW)内设置的N+扩散区；NMOS单元设置在P阱区(PW)，PMOS单元设置在N阱区(NW)；NMOS单元和PMOS单元均包括源极、漏极和栅极；PhotoDiode单元、NMOS单元和PMOS单元均包括设置在P型单晶硅衬底(P-SUB)上的栅氧化层(GOX,图未示)和场氧化层(FOX)；在N+扩散区和场氧化层(FOX)表面依次层叠设置有第一介电层(BPSG)、第一金属层(M1)、透光层(3PSG)、第二介电层(USG，图中未示)和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电二极管集成器件，其特征在于，所述光电二极管集成器件基于CMOS工艺形成，包括：P型单晶硅衬底，所述P型单晶硅衬底内部形成有N阱区和P阱区，所述P阱区内部形成有P+扩散区；所述P型单晶硅衬底上设置有若干光电二极管集成器件单元，所述光电二极管集成器件单元包括Photo Diode单元、NMOS单元和PMOS单元；所述Photo Diode单元设置在所述N阱区，包括在所述N阱区内设置的N+扩散区；所述NMOS单元设置在所述P阱区，所述PMOS单元设置在所述N阱区；所述NMOS单元和PMOS单元均包括源极、漏极和栅极；且所述Photo Diode单元、NMOS单元和PMOS单元均包括设置在所述P型单晶硅衬底上的栅氧化层和场氧化层；在所述N+扩散区和场氧化层表面依次层叠设置有第一介电层、第一金属层、透光层、第二介电层和第二金属层，其中，所述N+扩散区表面的第一介电层厚度小于所述NMOS单元和PMOS单元的第一介电层厚度。

【技术特征摘要】
1.一种光电二极管集成器件，其特征在于，所述光电二极管集成器件基于CMOS工艺形成，包括：P型单晶硅衬底，所述P型单晶硅衬底内部形成有N阱区和P阱区，所述P阱区内部形成有P+扩散区；所述P型单晶硅衬底上设置有若干光电二极管集成器件单元，所述光电二极管集成器件单元包括PhotoDiode单元、NMOS单元和PMOS单元；所述PhotoDiode单元设置在所述N阱区，包括在所述N阱区内设置的N+扩散区；所述NMOS单元设置在所述P阱区，所述PMOS单元设置在所述N阱区；所述NMOS单元和PMOS单元均包括源极、漏极和栅极；且所述PhotoDiode单元、NMOS单元和PMOS单元均包括设置在所述P型单晶硅衬底上的栅氧化层和场氧化层；在所述N+扩散区和场氧化层表面依次层叠设置有第一介电层、第一金属层、透光层、第二介电层和第二金属层，其中，所述N+扩散区表面的第一介电层厚度小于所述NMOS单元和PMOS单元的第一介电层厚度。2.如权利要求1所述的光电二极管集成器件，其特征在于，所述P型单晶硅衬底的电阻率为：5～50欧姆·厘米。3.如权利要求1所述的光电二极管集成器件，其特征在于，在所述N+扩散区表面，所述第一介电层、透光层和第二介电层构成三层减反射膜结构，且所述三层减反射膜厚度依次为：λ/4、λ/2、λ/4；所述λ为可见光波段400～760nm。4.如权利要求3所述的光电二极管集成器件，其特征在于，所述三层减反射膜厚度依次为：0.15μm、0.3μm、0.15μm。5.如权利要求1-4任一所述的光电二极管集成器件，其特征在于，所述N+扩散区表面上的第一介电层厚度为所述NMOS单元和PMOS单元的第一介电层厚度的1/5-1/4。6.如权利要求1-4任一所述的光电二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹进伟，陈孟邦，乔世成，蔡荣怀，黄国华，
申请(专利权)人：宗仁科技平潭有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35