[发明专利]用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件和集成电路技术领域，涉及一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法。

背景技术

现有各种光探测半导体器件从光谱响应，器件结构，工作模式等角度已有很多种类。从光谱看可以响应300nm到4500nm波长的光波；从半导体材料看可以有化合物半导体和单质半导体；从器件结构和制造工艺角度，就比较成熟和品种较多的单质硅材料半导体器件看，多数是可见光探测器，并且多数都基于商业化的CMOS工艺的改进；从应用的角度看，绝大多数光探测器是用在民用相机和光纤通讯上，剩下的应用范围非常广泛，有的是高速高灵敏度，有的是用于辐射粒子探测的，有的是用于引导，有的用于紫外光，有的用于红外光，远红外光；从使用衬底材料导电性来看，大致可分为高阻材料与低阻材料，高阻衬底材料常常超过100欧姆厘米，低阻衬底材料常常小于20欧姆厘米。

一部分光探测器是光探测和光探测信号分开处理的模式，即光探测器和光探测信号处理不是同一块半导体材料，尤其是采用高阻材料的光探测器的情况下。光探测与光探测信号分开处理体积一般比较大，互联线相对较长，压焊点较多。还有一部分光电探测器将光探测和光探测信号进行了单片集成，例如有人提出了一种新的兼容BCD工艺的硅基光电探测器解决方案，避免了采用高阻半导体材料与标准BCD工艺不兼容的问题；有人提出了一种与标准双极集成电路工艺的光电集成解决方案用于可见光探测与NPN标准双极集成电路单片集成工艺；还有人提出了一种采用SOI结构和Ge吸收层并与CMOS兼容的光电集成方案以及采用氧离子注入方式在半导体内形成不同深度厚度的介质埋层，为光电探测与MEMS集成提供制作的基板材料的技术方案。上述这些方案都没有涉及到采用高阻半导体材料光探测和光探测信号处理单片集成的问题，这种高阻半导体材料光探测和光探测信号处理单片集成结构和器件需要解决高低不同工作电压和高阻低阻半导体材料工艺兼容集成的问题。

针对采用高阻硅半导体材料的光探测与光探测信号分开处理以及缺乏单片集成解决方案的情况，本发明提供了一种单片光探测与电信号处理集成器件基材结构方案。本发明的光探测信号处理部分支持实现BiCMOS、BCD器件结构。这种器件需要解决光探测器工作电压与光探测信号处理电路工作电压不同，光探测器件结构与光探测信号处理电路内器件结构与工艺兼容性问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法，本技术方案能够解决现有技术中高阻硅半导体材料光探测与光探测信号分开处理以及缺乏单片集成解决方案的缺陷。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，包括低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)、耗尽抑制区(3)、器件外延层(4)、电子器件区(5)、光电隔离介质区(6)、光电隔离沟道阻断区(7)和光探测器欧姆接触区(8)；

光电隔离介质区(6)与光电隔离沟道阻断区(7)相接，隔断器件外延层(4)；光电隔离介质区(6)左侧与光电隔离沟道阻断区(7)左侧间距D1大于等于光探测器工作电压除以30，其中电压和间距的单位分别是伏特和微米；

D1区域没有被光电隔离介质区(6)完全占据的器件外延层(4)的杂质在光探测器工作电压下是完全耗尽的，或者光电隔离介质区(6)纵向完全占据D1区域器件外延层(4)；

光电隔离沟道阻断区(7)的宽度为D2，其中：D2≥(2Vε/(qN))^0.5/3.5，式中，V为光探测器工作电压，ε为半导体硅介电常数，q为电子电荷，N为高阻半导体材料(2)的掺杂浓度；耗尽抑制区(3)可与光电隔离沟道阻断区(7)相接触或相交叠，但光电隔离沟道阻断区(7)与耗尽抑制区(3)不交叠区横向尺寸不小于宽度D2；

光探测器欧姆接触区(8)与光电隔离介质区(6)间距D3大于等于零。

进一步，所述低阻半导体材料(1)电阻率小于等于0.1欧姆·厘米，高阻半导体材料(2)电阻率大于等于10欧姆·厘米，器件外延层(4)电阻率大于等于0.1欧姆·厘米，厚度0.1μm～10μm。

进一步，所述低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是同类型掺杂，器件外延层(4)的掺杂类型与低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是相反类型掺杂。

本发明还提供了一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构的形成方法，包括以下步骤：