專利名稱：具光檢測電路的光電集成電路及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種光電集成電路，尤其是指一種結(jié)合光檢測電路的集成電路，藉由光檢電路可直接將輸入的光訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電子訊號(hào)，該電子訊號(hào)即可被集成電路接受而處理，實(shí)現(xiàn)該集成電路所提供的功效；由于光檢測電路和集成電路結(jié)合，可使制造成本大幅下降，而且適當(dāng)調(diào)整采用的光檢測電路材質(zhì)可使得光電集成電路的使用范圍(波長范圍)大為增加。
近年來光纖通訊日益發(fā)達(dá)，光纖網(wǎng)路系統(tǒng)的架設(shè)亦為日后必備的通訊架構(gòu)，其主要原因是使用光訊號(hào)通訊，其光訊號(hào)本身具備有快速、正確、傳輸頻道廣……等優(yōu)點(diǎn)，所以，光電集成電路的需求也日益增高，而在通訊中，負(fù)責(zé)接收光訊號(hào)的光檢測器大致可分為二類一．復(fù)合物半導(dǎo)體光檢器(compound semi conductor photo detector)二．硅光檢測器(silicon photo detector)其中，復(fù)合物半導(dǎo)體光檢測器在學(xué)術(shù)界及各研發(fā)單位多年努力下已有不錯(cuò)成效，然而其制造成本相對于硅光檢測器仍然十分昂貴，而且，其與硅集成電路結(jié)合制造時(shí)，二者的制造方法無法相容，因此無法在相同的制造方法內(nèi)，同時(shí)一并生產(chǎn)制造，使得制造的成本提高，系統(tǒng)應(yīng)用也因此受限制。
而硅光檢測器(si1icon photo detector)大致可分為3類A)APD(avalanche photo diode)B)Pin photo diodeC)metal-semiconductor photo diode請參見

圖1所示，“si-APD”常用于短矩離光通信，其優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，受光面積也小，但是造價(jià)高、雜訊大；其次，請參見圖2所示，“Pinphoto diode”常用于遙控、存儲(chǔ)讀取、傳真光通信，其造價(jià)較便宜，但是所需受光面積大，再者，請參見圖3所示，“metal-semiconductor photodiode”則常用于紫外光及可見光檢測，其最大缺點(diǎn)是金屬要薄、透光率要佳。
故，不管是那一種光檢測器其檢測波長都有一定范圍的限制，而整合成“Si-OEIC”(即光電集成電路)也頗為復(fù)雜和困難，請參看圖4及圖5所示，其為Motohiki Yamamoto等人提出的的結(jié)構(gòu)，并且已發(fā)表于“IEEE Transactionson Electron Device Vol42,No.1,pp.58-63,1995”，由圖可推知其制造方法相當(dāng)復(fù)雜，造價(jià)自然隨之提高。
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是修正近年來在“Metal-Semicond-Metal photo diode”的研究成果，特將其應(yīng)用在光電集成電路，達(dá)到整合“OEIC”，一方面可降低生產(chǎn)成本，另一方面，利用“MSM photo detector”中，檢光材質(zhì)的選擇，可做成適當(dāng)波長的光電集成電路為其主要特點(diǎn)。
本發(fā)明一種具光檢測電路和的光電集成電路，其特征在于是結(jié)合光檢測電路于集成電路的光電集成電路，其光檢測電路為半導(dǎo)體元件的光電二極管，其至少包括第一層金屬，用以作為該光檢測電路之一電極；檢光半導(dǎo)體薄膜，沉積于第一層金屬，用以偵測光訊號(hào)；第二層金屬，用以作為該光檢測電路的另一電極，并與第一層金屬相對；其光檢測電路的第一金屬與第二金屬二個(gè)電極，在同一金屬平面及同一金屬制造方法制成。第二層金屬可為指狀、多角形、圓形；第二層金屬為一般集成是路制造方法所用的金屬；第二層金屬為透光性金屬。檢光半導(dǎo)體薄膜為非晶硅(a-si)、或者非晶、或者硅化、或者碳化硅、或者砷化、或者磷化受光性半導(dǎo)體元件。集成電路是雙極性電晶體制造方法、或是接面場效由晶體制造方法、或者金氧半場效電晶體制造方法所制。光檢測電路的第一層金屬與第二層金屬二個(gè)電極，可同一金屬制造方法制成。本發(fā)明一種具光檢測電路的光電集成電路制造方法，其初始的步驟與一般IC制造方法相同，其特征在于做到第一層金屬之后，必須接著光檢測電路制造方法，先沉積檢光半導(dǎo)體薄膜，再經(jīng)由一般IC制造方法技術(shù)印刻、蝕刻步驟，之后再沉積第二層金屬，便可接回一般IC制造方法步驟。后續(xù)制造方法覆蓋在光檢測電路的薄膜必須是高透光度材質(zhì)，才不致影響光檢測電路的動(dòng)作。本發(fā)明一種具光檢測電路的光電集成電路制造方法，其初始的步驟與一般IC制造方法相同，特征在于其必須先預(yù)留光檢測電路的位置，當(dāng)進(jìn)行到金屬層前的接觸窗制造方法時(shí)，沉積檢光半導(dǎo)體材，形成檢光半導(dǎo)體薄膜，再經(jīng)印刻、蝕刻等制造方法技術(shù)后，形成光檢測電路之后，再沉積金屬層，此金屬層為一般IC用金屬。金屬層可使用高透光性金屬。上述在進(jìn)行到金屬層時(shí)，可先沉積檢光半導(dǎo)體薄膜，再做接觸窗制造方法。
為使進(jìn)一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征與功效，特附較佳實(shí)施例及附圖輔以說明圖1為現(xiàn)有“silicon-APD”結(jié)構(gòu)圖。
圖2為現(xiàn)有“pin photo diode”結(jié)構(gòu)圖。
圖3為現(xiàn)有“metal-semiconductor photo diode”結(jié)構(gòu)圖。
圖4、圖5為Motohiki Yamamoto等人提出的“Si-OEIC”結(jié)構(gòu)圖。
圖6a、6b為本發(fā)明二實(shí)施例的光檢測電路結(jié)構(gòu)上視圖。
圖7a、7b為圖6a、6b的光檢測電路結(jié)構(gòu)側(cè)面剖視圖。
圖8為本發(fā)明的光檢測電路結(jié)構(gòu)實(shí)施例制造方法流程圖。
圖9為本發(fā)明的光檢測電路結(jié)構(gòu)另一實(shí)施例的上視圖。
圖10為圖9的光檢測電路側(cè)面剖視圖。
圖11a、11b為圖10實(shí)施例的二制造方法流程圖。
圖12為本發(fā)明的之一實(shí)施例電路圖。
圖13為本發(fā)明的另一實(shí)施例電路圖。
首先請參閱第6a、6b圖及第7a、7b圖所示，其分別為本發(fā)明光檢測電路二較佳實(shí)施例的上視圖及側(cè)面剖視圖，其可視為半導(dǎo)體元件的光電二極管，觀圖所示，其主要是將二金屬層體的一視為第一層金屬10(10′)，該第一層金屬10(10′)當(dāng)做電極一，并于其上沉積檢光半導(dǎo)體材，如非晶硅……等，形成檢光半導(dǎo)體薄膜層90，然后將另一金屬20(20′)，并將第二層金屬20(20′)當(dāng)電極二，在兩個(gè)電極間加入適當(dāng)電壓，使檢光半導(dǎo)體薄膜層90完全空乏，此時(shí)當(dāng)光照射到檢光半導(dǎo)體薄膜90時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生光電流而將光訊號(hào)轉(zhuǎn)化為電訊號(hào)。
續(xù)觀圖8所示，其為前述結(jié)構(gòu)的制造流程圖，其初始步驟與一般IC制造方法相同，但做到第一層金屬10(10′)的后必須接著光檢測電路制造方法，先沉積檢光半導(dǎo)體薄膜90沉積，再經(jīng)由一般IC制造方法技術(shù)印刻、蝕刻步驟，之后再沉積第二層金屬20(20′)，便可接回一般IC制造方法步驟；惟，后續(xù)制造方法覆蓋在光檢測電路的薄膜必須是高透光度材質(zhì)，才不致影響光檢測器的動(dòng)作，同時(shí)，若采用圖6b結(jié)構(gòu)的光檢測電路，其第二層金屬20′也必須是高透光性材質(zhì)，才不會(huì)影響光檢測器的動(dòng)作，當(dāng)然圖6a結(jié)構(gòu)采用高透光性材質(zhì)金屬亦有助光轉(zhuǎn)換效率的提升，但在此實(shí)施例中，并非絕對必要。
再請參閱圖9至圖11a、11b所示，其為本發(fā)明的另一實(shí)施例，其與上述的二實(shí)施例不同，在于后者的光檢測電路改采用平面制造方法，也就是說前者這第一層金屬10(10′)的電極一30與第二層金屬20(20′)的電極二40，均在同一金屬層50內(nèi)制成，請參見圖10的側(cè)面剖視圖所示；另，為了提高電場及效率，請參見圖9所示，其是采用指狀(亦可為條狀、方形、圓形、多邊形狀等等各式圖形)結(jié)構(gòu)，其制造方法和一般BJT IC或MOSIC的制造方法十分相容，其必須先預(yù)留光檢測電路的位置，當(dāng)進(jìn)行到金屬層前的接觸窗制造方法時(shí)，請并參見圖11a所示，沉積檢光半導(dǎo)體材，形成檢光半導(dǎo)體薄膜90，再經(jīng)印刻、蝕刻等制造方法技術(shù)后，形成光檢測電路的后，再沉積金屬層，此金屬層可用一般IC用金屬，也可使用高透光性金屬(如ITO等)，另外，也可如圖11b一般，先沉積檢光半導(dǎo)體薄膜90，再做接觸窗制造方法。
復(fù)觀圖12、13所示，其為本發(fā)明的光電集成電路可選擇性使用的基本電路圖，其中，該圖12所示是光檢測器60受光時(shí)，產(chǎn)生電流注入的BJT電晶體的基極(base)而轉(zhuǎn)換成為電訊號(hào)，圖13則是光檢測器60′受光形成通路狀態(tài)，使整個(gè)MOS電路也成為導(dǎo)通狀態(tài)，而將光訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)，前述二者僅為實(shí)施例，亦可另采其它與各種不同電晶體合并的方法制成。
此外，檢光半導(dǎo)體薄膜90的沉積，可依所需波長范圍而做適當(dāng)調(diào)整，如a-si(非晶硅)、SiC(硅化碳)、SiGe(硅化)、GaAs、InP、GaAlAs……等不同的受光材料均可采用。
權(quán)利要求
1．一種具光檢測電路和的光電集成電路，其特征在于是結(jié)合光檢測電路于集成電路的光電集成電路，其光檢測電路為半導(dǎo)體元件的光電二極管，其至少包括第一層金屬，用以作為該光檢測電路之一電極；檢光半導(dǎo)體薄膜，沉積于第一層金屬，用以偵測光訊號(hào)；第二層金屬，用以作為該光檢測電路的另一電極，并與第一層金屬相對。
2．如權(quán)利要求1所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于第二層金屬可為指狀、多角形、圓形。
3．如權(quán)利要求1、2所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于第二層金屬為一般集成是路制造方法所用的金屬。
4．如權(quán)利要求3所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于第二層金屬為透光性金屬。
5．如權(quán)利要求1所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于檢光半導(dǎo)體薄膜為非晶硅(a-si)、或者非晶、或者硅化、或者碳化硅、或者砷化、或者磷化受光性半導(dǎo)體元件。
6．如權(quán)利要求1所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于集成電路是雙極性電晶體制造方法、或是接面場效由晶體制造方法、或者金氧半場效電晶體制造方法所制。
7．如權(quán)利要求1所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于光檢測電路的第一層金屬與第二層金屬二個(gè)電極，可同一金屬制造方法制成。
8．一種具光檢測電路的光電集成電路制造方法，其初始的步驟與一般IC制造方法相同，其特征在于做到第一層金屬之后，必須接著光檢測電路制造方法，先沉積檢光半導(dǎo)體薄膜，再經(jīng)由一般IC制造方法技術(shù)印刻、蝕刻步驟，之后再沉積第二層金屬，便可接回一般IC制造方法步驟。
9．如權(quán)利要求8所述的具光檢測電路的光電集成電路制造方法，其特征在于后續(xù)制造方法覆蓋在光檢測電路的薄膜必須是高透光度材質(zhì)，才不致影響光檢測電路的動(dòng)作。
10．一種具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于光電集成電路是將光檢測電路結(jié)合于集成電路，其光檢測電路為半導(dǎo)體元件的光電二極管，其結(jié)構(gòu)包括第一金屬，用以作為該光檢測電路之一電極；檢光半導(dǎo)體薄膜，用以偵測光訊號(hào)；第二金屬，用以作為該光檢測電路的另一電極；承上所述，其光檢測電路的第一金屬與第二金屬二個(gè)電極，在同一金屬平面及同一金屬制造方法制成。
11．如權(quán)利要求10所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于金屬電極可為指狀、多角形、圓形。
12．如權(quán)利要求10、11所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于金屬電極為一般集成電路制造方法所用的金屬。
13．如權(quán)利要求12所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于金屬電極為透光性金屬。
14．如權(quán)利要求10所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于檢光半導(dǎo)體薄膜為非晶硅(a-si)、或者非晶、或者硅化、或者碳化硅、或者砷化、或者磷化受光性半導(dǎo)體元件。
15．如權(quán)利要求10所述的具光檢測電路的光電集成電路，其特征在于該集成電路是為雙極性電晶體制造方法、或是接面場效由晶體制造方法、或者金氧半場效電晶體制造方法所制。
16．一種具光檢測電路的光電集成電路制造方法，其初始的步驟與一般IC制造方法相同，特征在于其必須先預(yù)留光檢測電路的位置，當(dāng)進(jìn)行到金屬層前的接觸窗制造方法時(shí)，沉積檢光半導(dǎo)體材，形成檢光半導(dǎo)體薄膜，再經(jīng)印刻、蝕刻等制造方法技術(shù)后，形成光檢測電路之后，再沉積金屬層，此金屬層為一般IC用金屬。
17．如權(quán)利要求16所述的具光檢測電路的光電集成電路制造方法，其特征在于金屬層可使用高透光性金屬。
18．如權(quán)利要求16所述的具光檢測電路的光電集成電路制造方法，其特征在于進(jìn)行到金屬層時(shí)，可先沉積檢光半導(dǎo)體薄膜，再做接觸窗制造方法。
全文摘要
一種結(jié)合光檢測電路于集成電路的光電集成電路，其特征是提供集成電路可直接將輸入的光訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電子訊號(hào)，以便其積體電路執(zhí)行處理的光電集成電路，其中，該集成電路結(jié)合的光檢測電路是一種金屬一半導(dǎo)體一金屬(Metal－Semiconductor－Metal)的光檢測器，其受光時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流，使輸入的光訊號(hào)藉此轉(zhuǎn)換成電子訊號(hào)，該電子訊號(hào)即可被集成電路接受而處理，實(shí)現(xiàn)光、電轉(zhuǎn)換于一體的光電集成電路。
文檔編號(hào)H01L31/00GK1238565SQ9810224
公開日1999年12月15日 申請日期1998年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月9日
發(fā)明者蔡文欽 申請人:美祿科技股份有限公司