[发明专利]用于塑料光纤通信的硅基单片光电集成接收芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基单片光电集成电路，尤其是涉及一种用于塑料光纤通信的硅基单片光电集成接收芯片。

背景技术

塑料光纤通信是新一代短距离传输系统，具有简便、高速、低成本和光纤柔性可弯曲等优点，可成功解决光纤通信中“最后100米”的接入难题，代替现有的铜质线缆实现光纤到桌面的全光网络通信。塑料光纤通信的发展既顺应国家“十二五”规划中光纤宽带到户和“光进铜退”的发展战略，同时在推进三网融合、智能家庭网络、工业控制、物联网等领域发挥重要的作用。随着科技的发展，塑料光纤通信的应用领域越来越广，其市场的发展会越来越广阔。塑料光纤通信设备如媒体转换器、路由器、集线器、交换机和光纤网卡等都以650nm±17.8nm光收发模块为核心，其中光发射模块由分立的650nm±17.8nm谐振腔发光二极管和驱动电路芯片组成；光接收模块由分立的650nm±17.8nm光电探测器芯片和前置互阻放大器芯片组成。目前这些芯片都是分立状态，系统元件较多，制造组装过程较复杂，会影响系统工作的可靠性，而且主要元器件由国外进口成本较高，不利于塑料光纤通信技术的推广和普及。

目前，各类硅基单片光电集成电路几乎涉及了Bipolar、CMOS、BiCMOS、BCD、SOI等工艺，以Bipolar和BiCMOS为主，目前相对成本低、先进成熟的CMOS工艺成为硅基光电探测器和硅基单片光电集成电路研究的一个热点。但BCD标准工艺，可在同一衬底上集成Bipolar器件、CMOS器件和DMOS器件，综合了双极型器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS集成度高、低功耗的优点，也能成为硅基单片光电集成电路研究的一个创新思路和有益探索，目前，可采用标准的0.5μm BCD工艺制备塑料光纤通信用的650nm±17.8nm单片光电集成接收芯片的相关技术鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种可采用标准的0.5μm BCD工艺制备的用于塑料光纤通信的硅基单片光电集成接收芯片，所述用于塑料光纤通信的硅基单片光电集成接收芯片是一种用于塑料光纤通信的650nm±17.8nm单片光电集成接收芯片，该用于塑料光纤通信的650nm±17.8nm单片光电集成接收芯片可替代现有的塑料光纤通信用的650nm±17.8nm光接收模块里的光电探测器芯片和前置放大集成电路芯片，实现650nm±17.8nm光电探测器（即为Photo-Detector，简写为PD）和前置放大集成电路的单片光电集成，可满足塑料光纤通信100Mbps传输速率要求，用于塑料光纤通信650nm±17.8nm波长的光接收端。

本发明所述用于塑料光纤通信的硅基单片光电集成接收芯片采用0.5μm标准BCD工艺制备，所述用于塑料光纤通信的硅基单片光电集成接收芯片设有硅基光电探测器和前置放大集成电路；

硅基光电探测器的结构采用“叉指状P型重掺杂硅/N-EPI外延层/BN+埋层”结构；硅基光电探测器设有P型硅衬底(P-Substrate)、BN+埋层（BN+）、BP+埋层（BP+）、N-EPI外延层、N阱(N-Well)、P阱(N-Well)、P型重掺杂硅(P⁺)、N型重掺杂硅(N⁺)、金属铝(Al)、场氧区、SiO₂绝缘介质层和Si₃N₄表面钝化层；P型硅衬底(P-Substrate)、BN+埋层（BN+）、BP+埋层（BP+）、N-EPI外延层、N阱(N-Well)、P阱(N-Well)、P型重掺杂硅(P⁺)和N型重掺杂硅(N⁺)设于同一硅片上；场氧区为硅片表面生成的氧化硅，金属铝沉积在硅片表面；由下至上共3层SiO₂绝缘介质层附着在硅衬底上；Si ₃N₄表面钝化层附着在SiO₂绝缘介质层上；硅基光电探测器纵向结构自下而上依次是：第一层为低掺杂的P型硅衬底，第二层为BN+埋层（BN+）和BP+埋层（BP+），第三层为N-EPI外延层，第四层为N阱和P阱，第五层为N型重掺杂硅、P型重掺杂硅、场氧区和金属铝；第六层至第八层为三层SiO₂绝缘介质层，第九层为Si₃N₄表面钝化层；