与电路一体化的光接收器件制造技术

一种与电路一体化的光接收器件，包括集成电路和光电二极管。集成电路和光电二极管形成在同一衬底上。集成电路包括以多晶硅作为发射极扩散源和电极的晶体管。包括在集成电路中的元件使用局部氧化相互隔离。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及与电路一体化的光接收器件，其中将接收的光线转换为电信号的光电二极管和处理转换的信号的集成电路提供在同一个硅衬底上，并且涉及与电路一体化的光接收器件的制造方法。与电路一体化的光接收器件主要用在光拾取器(optical pickup)中。例如，与电路一体化的光接收器件检测焦点误差信号，进而将半导体激光器的光达到磁盘上的焦点。此外，器件检测径向误差信号，进而用于使激光达到磁盘(轨迹)上的凹坑。近来，光拾取器用在发展越来越快的CD-ROM或DVD-ROM驱动器等中。需要一种能够用在这种光拾取器中的高速和高性能的与电路一体化的光接收器件。附图说明图10示出了具有分离光电二极管结构的常规与电路一体化的光接收器件500(日本专利公开No．2731115)。显示在图10中的分离光电二极管结构的特点为提供N型埋置扩散层103和P型扩散层109以减少低响应的扩散电流。半导体衬底101由P型<111>40Ωcm制成，以减小结电容。这种材料的使用导致耗尽层扩展，造成具有低迁移率的扩散载流子移动的距离减小。为此，提高了光电二极管的响应。器件500的光电二极管部分获得了约30MHz的fc(-3dB)的响应。作为抗反射膜的氮化硅膜111进一步提供在P型扩散层109上。由此相对于用于CD-ROM约780nm的激光波长，降低了器件500的反射率。在与电路一体化的光接收器件500的集成电路部分中，使用PN结隔离区将元件相互隔离。用离子注入将砷(As+)和硼(B+)分别注入到发射极和基极内。所得NPN晶体管的fTmax约3GHz。器件500的集成电路部分得到约20MHz的响应。下面参考图11A到11H介绍与电路一体化的光接收器件500的制造工艺。如图11A所示，在P型<111>40Ωcm的衬底101上，P型埋置扩散层102提供在隔离区和分离光电二极管的区域内。为了提高分离光电二极管的响应，N型埋置扩散层103提供在光电二极管部分内。N型埋置扩散层103提供在NPN晶体管部分内。N型外延层104提供在埋置扩散层102和103上。接下来，如图11B所示，形成P型扩散层105、垂直PNP(V-PNP)晶体管的基极区(未示出)、以及NPN晶体管部分的集电极补偿扩散层106。接下来，如图11C所示，进行硼离子注入形成NPN晶体管的基极区(内部基极区107和外部基极区108)、V-PNP晶体管的发射区(未示出)、以及P型扩散层109，以提高分离光电二极管的响应。接着，如图11D所示，通过砷离子注入形成NPN晶体管的发射区110。之后，如图11E所示，从分离光电二极管的光接收区除去场硅氧化膜。通过CVD在分离光电二极管的光接收区上形成氮化硅膜111。以此方式，可以得到具有预定厚度的抗反射膜。随后，如图11F所示，腐蚀接触部分的硅氧化膜。然后通过溅射形成由AlSi制成的第一层导体112A。通过干腐蚀形成导体部分112。此时，没有腐蚀分离光电二极管的光接收区上存在的部分AlSi。原因如下。干腐蚀减少了作为抗反射膜的氮化硅膜111。在干腐蚀期间产生的等离子体损伤了光电二极管，降低了光电二极管的泄漏特性。接下来，形成层间绝缘膜113，在集成电路中形成通孔。通过腐蚀除去形成在光电二极管上的层间绝缘膜113。如图11G所示，通过溅射形成AlSi膜，然后构图(pattern)形成第二层导体114，同时从光电二极管的光接收区除去AlSi膜。最后，如图11H所示，通过湿腐蚀腐蚀由AlSi膜制成的第二层导体114和分离光电二极管部分(第一层导体112A和第二层导体114)。干腐蚀会减少作为抗反射膜的氮化硅膜111，并且降低了光电二极管的泄漏特性。此后，形成覆盖绝缘膜115。由此，得到了图10中所示的与电路一体化的光接收器件500。近来，需要一种高速的与电路一体化的光接收器件。进行了尝试以获得高速分离光电二极管和高速集成电路。要得到高速分离光电二极管，需要降低时间常数CR。具体地，需要降低光电二极管的电容Cpd或串联电阻Rs。日本特许公开No．10-107243提出了一种图12所示的光电二极管的示例结构。这种结构仅在实际上接收来自半导体激光器的激光的部分上形成N型埋置扩散层103。所述光电二极管的结面积减少，因此结电容也减少，同时由于图10所示结构保持了提高的响应。此时，在接收光的区域中，在P型扩散层109和N型外延层104之间存在一个结。为此，需要使用硅热氧化膜116作为抗反射膜。如果沉积膜通过CVD等方法直接形成在硅膜上，那么设置在表面部分的P型扩散层109和N型外延层104之间的结上存在一个增加的泄漏电流。为避免之，形成硅氧化膜116。每个晶体管需要更快以得到高速集成电路。例如，对于NPN晶体管，有效的方式是减小发射极和基极之间的电容。为此，需要降低发射极和基极的杂质浓度，或者需要减少发射极和基极的面积。然而，前一个策略不可行，是由于载流子注入效率降低，并且由此降低了电流放大系数(hFE)。要减少发射极和基极的面积，尝试开发一种刻蚀技术，以便尽可能地减小掩模的对准余量。也采取了结构措施，以使发射极和基极之间的面积最小。例如，使用掺有例如砷的N型半导体的多晶硅作为发射极扩散源(多晶硅发射极)或电极。在该技术中，发射极扩散区和接触的对准余量都不必要。因此可以减小发射极和基极之间的面积，由此减小了发射极和基极之间的电容。使用多晶硅发射极还允许浅发射极扩散区和基极扩散区的形成。也可以减小基极的宽度，由此得到了高速光电二极管。使用多晶硅发射极还可以有效地减小基极和集电极之间的电容。发射极面积减小导致基极面积减少。为了隔离，可使用LOCOS(硅的局部氧化)。该技术能够形成减少基极和集电极之间电容的壁形基极结构。也可以减小集电极和衬底之间的电容。使用以上介绍的多晶硅发射极可以将NPN晶体管的fTmax由约3GHz(常规的NPN晶体管)提高到约6GHz。以上介绍的高速与电路一体化的光接收器件存在许多问题，其中显示在图12中的分离光电二极管和具有多晶硅发射极的高速集成电路以及LOCOS形成在同一衬底上。问题分为两组，即问题A和B。问题A与在分离光电二极管上形成的抗反射膜有关，问题B与隔离的LOCOS有关。问题A包括以下不足A1．降低了晶体管的成品率；A2．由于整个(through)氧化膜厚度的变化造成晶体管特性变化；以及A3．减少了抗反射膜(反射率增加并且变化增加)下面介绍这些问题。A1．降低了晶体管的成品率当作为抗反射膜的沉积膜通过CVD等方法形成在P型扩散层109和N型外延层104之间的结上和分离光电二极管的光接收表面上时，图12中所示的分离光电二极管在它的光接收表面处存在一个增加的泄漏电流。为此，需要使用硅热氧化116作为抗反射膜。为此，形成掺有如砷等N型半导体的多晶硅；此后通过进行适当的热处理得到发射极扩散区；以及进行热氧化。然而，现已发现由于晶体缺陷造成晶体管的成品率降低。A2．由于整个氧化膜厚度的变化造成晶体管特性变化通过离子注入穿过氧化膜(整个氧化膜)形成NPN晶体管的内部基极区。整个氧化膜的厚度差异导致注入离子杂质浓度的不均匀剖面。当在光电二极管上形成抗反射膜之后形成内部基极区时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与电路一体化的光接收器件，包括集成电路和光电二极管，其中集成电路和光电二极管形成在同一衬底上； 集成电路包括晶体管，其具有多晶硅，作为发射极扩散源和电极；以及 包括在集成电路中的元件使用局部氧化相互隔离。

【技术特征摘要】
JP 1999-7-27 212914/991．一种与电路一体化的光接收器件，包括集成电路和光电二极管，其中集成电路和光电二极管形成在同一衬底上；集成电路包括晶体管，其具有多晶硅，作为发射极扩散源和电极；以及包括在集成电路中的元件使用局部氧化相互隔离。2．根据权利要求1的与电路一体化的光接收器件，其中半导体衬底包括第一导电类型的半导体衬底；光电二极管包括形成在第一导电类型的半导体衬底上的第二导电类型的第一半导体层以及将第二导电类型的第一半导体层分为多个第二导电类型的半导体层的第一导电类型的半导体层；光电二极管包括使用第二导电类型的第一半导体层和第一导电类型的半导体衬底检测光信号的多个分离光电二极管；以及多个分离光电二极管的光接收区和第一导电类型的半导体层表面受到局部氧化。3．根据权利要求1的与电路一体化的光接收器件，其中半导体衬底包括第一导电类型的半导体衬底；光电二极管包括形成在第一导电类型的半导体衬底上的第二导电类型的第一半导体层以及将第二导电类型的第一半导体层分为多个第二导电类型的半导体层的第一导电类型的半导体衬底；光电二极管包括使用第二导电类型的第一半导体层和第一导电类型的半导体层检测光信号的多个分离光电二极管；多个分离光电二极管的光接收区和第一导电类型的半导体层表面不受到局部氧化。4．根据权利要求1的与电路一体化的光接收器件，其中抗反射膜形成在光电二极管的光接收区上；以及抗反射膜包括硅氧化膜。5．根据权利要求4的与电路一体化的光接收器件，其中抗反射膜还包括形成在硅氧化膜上的氮化硅膜。6．一种制造与电路一体化的光接收器件的方法，所述与电路一体化的光接收器件包括集成电路和光电二极管，其中集成电路和光电二极管形成在同一衬底上集成电路包括晶体管，其具有多晶硅，作为发射极扩散源和电极；包括在集成电路中的元件使用局部氧化相互隔离；半导体衬底包括第一导电类型的半导体衬底；光电二极管包括形成在第一导电类型的半导体衬底上的第二导电类型的第一半导体层以及将第二导电类型的第一半导体层分为多个第二导电类型的半导体层的第一导电类型的半导体层；以及光电二极管包括使用第二导电类型的第一半导体层和第一导电类型的半导体衬底检测光信号的多个分离光电二极管，该方法包括以下工艺(a)通过局部氧化工艺隔离包括在光电二极管中的元件；以及(b)使用多晶硅形成晶体管。7．根据权利要求6的方法，其中多个分离光电二极管包括第一分离光电二极管和第二分离光电二极管，抗反射膜形成在第一分离光电二极管的光接收区和第二分离光电二极管的光接收区上；抗反射膜包括第一硅氧化膜，该方法还包括以下工艺(c)在多个分离光电二极管的光接收区上形成抗反...

【专利技术属性】
技术研发人员：泷本贵博，福永直树，大久保勇，笠松利光，冈睦，久保胜，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]