基于异质结薄膜光源的光耦、其放大集成电路及制作方法
专利汇可以提供基于异质结薄膜光源的光耦、其放大集成电路及制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 异质结 薄膜 光源 的光耦，包括使用集成 电路 工艺制作在第一衬底上的 自下而上 轴向排布的 硅 基TiO2薄膜光源、第一介质层和硅 光探测器 。本发明还公开了上述基于异质结薄膜光源的光耦的制作方法、基于异质结薄膜光源的光耦的放大集成电路以及该放大集成电路的制作方法。本发明中基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器和硅基TiO2薄膜光源制作在同一个衬底上，器件集成度高、封装尺寸减小、降低了制造难度和成本；本发明的基于异质结薄膜光源的光耦，能够与电路集成在同一个衬底上，同时光源与光探测器轴向堆叠，不仅缩短了光的传输距离，还能在提高集成度的同时减少光在传播过程中的损耗。本发明适用于光电 耦合器 集成技术领域。，下面是基于异质结薄膜光源的光耦、其放大集成电路及制作方法专利的具体信息内容。
1.一种基于异质结薄膜光源的光耦，其特征在于：包括制作在第一衬底上的自下而上轴向排布的硅基TiO2薄膜光源、第一介质层和硅光探测器；
所述第一衬底中注入有第一深P阱以及与第一深P阱相连的第一高深宽比P阱和第二高深宽比P阱，第一深P阱、第一高深宽比P阱和第二高深宽比P阱相连形成第一岛，第一岛的上部嵌有第一薄P+阱；
第一衬底的上表面生长覆盖有第一SiO2层，在第一薄P+阱上方的第一SiO2层中嵌有与第一SiO2层厚度相等的TiO2薄膜层，TiO2薄膜层的宽度小于第一薄P+阱的宽度，TiO2薄膜层上淀积有与其自身宽度相同的第一ITO薄膜层；
光源正极从第一薄P+阱引出，光源负极从第一ITO薄膜层引出；
所述第一衬底是n型硅衬底。
2.根据权利要求1所述的基于异质结薄膜光源的光耦，其特征在于：所述第一介质层采用SiO2材料，第一介质层的宽度小于第一ITO薄膜层的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的基于异质结薄膜光源的光耦，其特征在于：所述硅光探测器是形成于第一介质层上的硅PIN光电二极管，硅PIN光电二极管包括淀积在第一介质层上的第二ITO薄膜层，第二ITO薄膜层上依次生长有N+型非晶硅层、I型非晶硅层，I型非晶硅层的上部嵌有第二薄P+阱，I型非晶硅层的上表面覆盖有第二SiO2层；
所述第二ITO薄膜层的宽度与第一介质层的宽度相同，N+型非晶硅层、I型非晶硅层的宽度相同，第二ITO薄膜层的宽度大于N+型非晶硅层的宽度；
硅PIN光电二极管的正极从第二ITO薄膜层引出，硅PIN光电二极管的负极从第二薄P+阱引出。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于异质结薄膜光源的光耦的制作方法，其特征在于按照以下步骤顺序进行：
一 、选用n型掺杂的硅晶圆作为第一衬底，借助掩膜版，用离子注入工艺，首先在第一衬底上依次完成第一深P阱、第一高深宽比P阱、第二高深宽比P阱的制作，形成第一岛，接着在第一岛的上部完成第一薄P+阱的制作；
二、采用溅射工艺，在第一衬底的上表面镀一层TiO2薄膜，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对TiO2薄膜进行刻蚀，去除多余部分的TiO2薄膜，形成宽度小于第一薄P+阱宽度的TiO2薄膜层；
三、采用低压力化学气相沉积法在第一衬底的上表面生长第一SiO2层，以起到电学隔离的作用；
四、采用化学机械抛光工艺对第一SiO2层和TiO2薄膜层的表面进行平坦化处理，使TiO2薄膜层与第一SiO2层的厚度相同；
五、采用磁控溅射工艺在TiO2薄膜层的上方生长第一ITO薄膜层，然后利用等离子体刻蚀工艺对第一ITO薄膜层进行刻蚀，使第一ITO薄膜层的宽度与TiO2薄膜层宽度相同；
六、采用低压力化学气相沉积法在第一ITO薄膜层的上方生长第一介质层；
七、在第一介质层上制作硅光探测器；
+
八、采用磁控溅射工艺从第一薄P阱引出光源正极，从第一ITO薄膜层引出光源负极，从第二ITO薄膜层引出硅光探测器正极，从第二薄P+阱引出硅光探测器负极，并利用ICP工艺刻蚀掉多余的铝金属；
九、进行低温退火，使光源正极、出光源负极、硅光探测器正极、硅光探测器负极与各自所在的位置分别形成欧姆接触。
5.根据权利要求4所述的基于异质结薄膜光源的光耦的制作方法，其特征在于所述步骤六中还包括以下过程：利用等离子体刻蚀工艺将对第一介质层进行刻蚀，使得第一介质层宽度小于第一ITO薄膜层的宽度。
6.根据权利要求4或5所述的基于异质结薄膜光源的光耦的制作方法，其特征在于所述步骤七按照以下步骤顺序进行：
S1、采用磁控溅射工艺在第一介质层的上方生长第二ITO薄膜层；
S2、利用液相外延在第二ITO薄膜层的上方依次外延生长N+型非晶硅层、I型非晶硅层；
S3、使用离子注入工艺在I型非晶硅层的上部形成第二薄P+阱，在此过程中利用掩膜版限制离子注入区域；
S4、采用低压力化学气相沉积法工艺在I型非晶硅层的上表面淀积第二SiO2层，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对第二SiO2层进行刻蚀形成用于引出硅光探测器负极的电极通孔。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的基于异质结薄膜光源的光耦的放大集成电路，其特征在于：包括集成在第二衬底上的基于异质结薄膜光源的光耦和后端电路；
所述第二衬底是n型硅衬底；
所述第二衬底中有由离子注入工艺形成的第一大岛和第二大岛，第一大岛和第二大岛由离子注入工艺形成的第二深P阱以及与第二深P阱相连的第一高深宽比P＋阱和第二高深宽比P＋阱围成；
所述后端电路位于第一大岛，基于异质结薄膜光源的光耦位于第二大岛；
所述第一大岛注入有第三深P阱以及与第三深P阱相连的第三～第七高深宽比P阱，第三深P阱、第三高深宽比P阱和第四高深宽比P阱相连形成第一小岛，第三深P阱、第四高深宽比P阱和第五高深宽比P阱相连形成第二小岛，第三深P阱、第五高深宽比P阱和第六高深宽比P阱相连形成第三小岛，第三深P阱、第六高深宽比P阱和第七高深宽比P阱相连形成第四小岛；
所述第一小岛制作有电容，第二小岛制作有NPN晶体管，第三小岛制作有PNP晶体管，第四小岛制作有电阻，所述电容、NPN晶体管、PNP晶体管和电阻彼此电连接形成后端电路；
第一大岛上表面覆盖有第三SiO2层，第三SiO2层与基于异质结薄膜光源的光耦所包含的第一SiO2层一体成型形成整个集成电路的介质层；
后端电路的电源电极、输出电极和地电极从第一大岛上方引出，基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器正极与后端电路的输入电极相连，基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器负极与后端电路的地电极相连。
8.根据权利要求7所述的基于异质结薄膜光源的光耦的放大集成电路的制作方法，其特征在于包括依次进行的以下步骤：
（一）选用n掺杂的硅晶圆作为第二衬底，借助掩膜版，使用离子注入工艺，首先在第二＋ ＋
衬底上依次完成第二深P阱、第一高深宽比P 阱和第二高深宽比P 阱的制作，形成的第一大岛和第二大岛；然后在第一大岛中完成第三深P阱、第三～第七高深宽比P阱的制作，形成第一～第四小岛；接着在第二大岛完成第一深P阱、第一高深宽比P阱和第二高深宽比P阱的制作，形成第一岛，最后在第一岛的上部完成第一薄P+阱的制作；
（二）利用掩膜版，采用离子注入工艺在第一～第四小岛中分别对应制作电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻；
（三）采用溅射工艺，在第一衬底的上表面镀一层TiO2薄膜，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对TiO2薄膜进行刻蚀，去除多余部分的TiO2薄膜，形成宽度小于第一薄P+阱宽度的TiO2薄膜层；
（四）采用低压力化学气相沉积法在第二衬底的上表面生长形成介质层，以起到电学隔离的作用；
（五）采用化学机械抛光工艺对介质层和TiO2薄膜层的表面进行平坦化处理，使TiO2薄膜层与介质层的厚度相同；
（六）按照与步骤六至步骤八相同的过程，在TiO2薄膜层的上方完成基于异质结薄膜光源的光耦的其它部分的制作；
（七）采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对介质层位于第一～第四小岛上方的区域进行刻蚀，分别形成电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻的电极通孔；
（八）采用磁控溅射在电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻的电极通孔中，分别制作铝电极，然后刻蚀掉多余的铝金属，并完成电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻之间的电连接以形成后端电路，最后完成基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器正极与后端电路的输入电极的连接、基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器负极与后端电路的地电极的连接；
（九）从第一大岛上方引出后端电路的电源电极、输出电极和地电极；从第二大岛上方引出基于异质结薄膜光源的光耦的光源正极与负极；
（十）进行低温退火，使基于异质结薄膜光源的光耦、后端电路包含的所有的金属电极与各自所对应的位置分别形成欧姆接触。
基于异质结薄膜光源的光耦、其放大集成电路及制作方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述第一衬底中注入有第一深P阱以及与第一深P阱相连的第一高深宽比P阱和第二高深宽比P阱，第一深P阱、第一高深宽比P阱和第二高深宽比P阱相连形成第一岛，第一岛的上部嵌有第一薄P+阱；
第一衬底的上表面生长覆盖有第一SiO2层，在第一薄P+阱上方的第一SiO2层中嵌有与第一SiO2层厚度相等的TiO2薄膜层，TiO2薄膜层的宽度小于第一薄P+阱的宽度，TiO2薄膜层上淀积有与其自身宽度相同的第一ITO薄膜层；
光源正极从第一薄P+阱引出，光源负极从第一ITO薄膜层引出；
所述第一衬底是n型硅衬底。
所述第二ITO薄膜层的宽度与第一介质层的宽度相同，N 型非晶硅层、I型非晶硅层的宽度相同，第二ITO薄膜层的宽度大于N+型非晶硅层的宽度；
硅PIN光电二极管的正极从第二ITO薄膜层引出，硅PIN光电二极管的负极从第二薄P+阱引出。
二、采用溅射工艺，在第一衬底的上表面镀一层TiO2薄膜，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对TiO2薄膜进行刻蚀，去除多余部分的TiO2薄膜，形成宽度小于第一薄P+阱宽度的TiO2薄膜层；
三、采用低压力化学气相沉积法在第一衬底的上表面生长第一SiO2层，以起到电学隔离的作用；
四、采用化学机械抛光工艺对第一SiO2层和TiO2薄膜层的表面进行平坦化处理，使TiO2薄膜层与第一SiO2层的厚度相同；
五、采用磁控溅射工艺在TiO2薄膜层的上方生长第一ITO薄膜层，然后利用等离子体刻蚀工艺对第一ITO薄膜层进行刻蚀，使第一ITO薄膜层的宽度与TiO2薄膜层宽度相同；
六、采用低压力化学气相沉积法在第一ITO薄膜层的上方生长第一介质层；
七、在第一介质层上制作硅光探测器；
八、采用磁控溅射工艺从第一薄P+阱引出光源正极，从第一ITO薄膜层引出光源负极，从第二ITO薄膜层引出硅光探测器正极，从第二薄P+阱引出硅光探测器负极，并利用ICP工艺刻蚀掉多余的铝金属；
九、进行低温退火，使光源正极、出光源负极、硅光探测器正极、硅光探测器负极与各自所在的位置分别形成欧姆接触。
S2、利用液相外延在第二ITO薄膜层的上方依次外延生长N+型非晶硅层、I型非晶硅层；
+
S3、使用离子注入工艺在I型非晶硅层的上部形成第二薄P阱，在此过程中利用掩膜版限制离子注入区域；
S4、采用低压力化学气相沉积法工艺在I型非晶硅层的上表面淀积第二SiO2层，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对第二SiO2层进行刻蚀形成用于引出硅光探测器负极的电极通孔。
所述第二衬底中有由离子注入工艺形成的第一大岛和第二大岛，第一大岛和第二大岛由离子注入工艺形成的第二深P阱以及与第二深P阱相连的第一高深宽比P＋阱和第二高深＋
宽比P 阱围成；
所述后端电路位于第一大岛，基于异质结薄膜光源的光耦位于第二大岛；
所述第一大岛注入有第三深P阱以及与第三深P阱相连的第三～第七高深宽比P阱，第三深P阱、第三高深宽比P阱和第四高深宽比P阱相连形成第一小岛，第三深P阱、第四高深宽比P阱和第五高深宽比P阱相连形成第二小岛，第三深P阱、第五高深宽比P阱和第六高深宽比P阱相连形成第三小岛，第三深P阱、第六高深宽比P阱和第七高深宽比P阱相连形成第四小岛；
所述第一小岛制作有电容，第二小岛制作有NPN晶体管，第三小岛制作有PNP晶体管，第四小岛制作有电阻，所述电容、NPN晶体管、PNP晶体管和电阻彼此电连接形成后端电路；
第一大岛上表面覆盖有第三SiO2层，第三SiO2层与基于异质结薄膜光源的光耦所包含的第一SiO2层一体成型形成整个集成电路的介质层；
后端电路的电源电极、输出电极和地电极从第一大岛上方引出，基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器正极与后端电路的输入电极相连，基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器负极与后端电路的地电极相连。
（二）利用掩膜版，采用离子注入工艺在第一～第四小岛中分别对应制作电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻；
（三）采用溅射工艺，在第一衬底的上表面镀一层TiO2薄膜，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对TiO2薄膜进行刻蚀，去除多余部分的TiO2薄膜，形成宽度小于第一薄P+阱宽度的TiO2薄膜层；
（四）采用低压力化学气相沉积法在第二衬底的上表面生长形成介质层，以起到电学隔离的作用；
（五）采用化学机械抛光工艺对介质层和TiO2薄膜层的表面进行平坦化处理，使TiO2薄膜层与介质层的厚度相同；
（六）按照与步骤六至步骤八相同的过程，在TiO2薄膜层的上方完成基于异质结薄膜光源的光耦的其它部分的制作；
（七）采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对介质层位于第一～第四小岛上方的区域进行刻蚀，分别形成电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻的电极通孔；
（八）采用磁控溅射在电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻的电极通孔中，分别制作铝电极，然后刻蚀掉多余的铝金属，并完成电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻之间的电连接以形成后端电路，最后完成基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器正极与后端电路的输入电极的连接、基于异质结薄膜光源的光耦的硅光探测器负极与后端电路的地电极的连接；
（九）从第一大岛上方引出后端电路的电源电极、输出电极和地电极，从第二大岛上方引出基于异质结薄膜光源的光耦的光源正极与光源负极；
（十）进行低温退火，使基于异质结薄膜光源的光耦、后端电路包含的所有的金属电极与各自所对应的位置分别形成欧姆接触。
（2）本发明的基于异质结薄膜光源的光耦，可以与电路集成在同一个衬底上，光源与光探测器轴向堆叠，缩短了光的传输距离，提高集成度的同时减少光在传播过程中的损耗；
（3）本发明利的TiO2薄膜光源利用了TiO2/P+-Si异质结，它的电致发光光谱覆盖红色、绿色、蓝色区间，是一种高效的宽光谱光源，这种光源的光发射与TiO2薄膜中的氧空位有关，氧空位作为载流子辐射复合的深能级中心，实现电致发光，当P+-Si一层作为光源正极，TiO2薄膜作为光源的负极时，P型硅的价带顶几乎与TiO2的价带顶持平，甚至P型硅的价带顶更低，这样一来P型硅一层的空穴可以非常容易的注入到TiO2侧的价带中，并与TiO2导带中的电子复合，从而实现光发射，价带的持平使得这种光源的阈值电压非常低，通过对TiO2薄膜进行氩等离子体处理，可以在TiO2薄膜上层引入更多的氧空位，从而提高光源的量子效率；
（4）本发明使用硅材料制作的光探测器可以探测的光波长范围大概在400nm到1000nm，这与硅基TiO2薄膜光源的发射光谱范围非常吻合，使得整个器件的效率更高。
图2为本发明实施例3的整体结构示意图；
图3为本发明实施例3的电路图；
图4为本发明实施例3的后端电路的电路图。
具体实施方式
选用n型掺杂的硅晶圆作为第一衬底2，借助掩膜版，用离子注入工艺，首先在第一衬底
2上依次完成第一深P阱3、第一高深宽比P阱4、第二高深宽比P阱5的制作，形成第一岛，接着在第一岛的上部完成第一薄P+阱6的制作；
二、采用溅射工艺，在第一衬底2的上表面镀一层厚度为100~200nm的TiO2薄膜，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对TiO2薄膜进行刻蚀，去除多余部分的TiO2薄膜，形成宽度小+
于第一薄P阱6的宽度的TiO2薄膜层9；
三、采用低压力化学气相沉积法在第一衬底2的上表面生长第一SiO2层8，以起到电学隔离的作用；
四、采用化学机械抛光工艺对第一SiO2层8和TiO2薄膜层9的表面进行平坦化处理，将TiO2薄膜层9的厚度控制在50nm～120nm，使TiO2薄膜层9与第一SiO2层8的厚度相同；
五、采用磁控溅射工艺在TiO2薄膜层9的上方生长厚度为50～100nm的第一ITO薄膜层
10，然后利用等离子体刻蚀工艺对第一ITO薄膜层10进行刻蚀，使第一ITO薄膜层10的宽度与TiO2薄膜层9宽度相同；
六、采用低压力化学气相沉积法在第一ITO薄膜层10的上方生长厚度为200～300nm第一介质层1；利用等离子体刻蚀工艺将对第一介质层1进行刻蚀，使得第一介质层1宽度小于第一ITO薄膜层10的宽度；
七、在第一介质层1上制作硅光探测器，该过程包括依次进行的以下步骤，
S1、采用磁控溅射工艺在第一介质层1的上方生长厚度为50～100nm第二ITO薄膜层12；
S2、利用液相外延在第二ITO薄膜层12的上方依次外延生长厚度均在50～100nm之间N+型非晶硅层13、I型非晶硅层14；
S3、使用离子注入工艺在I型非晶硅层14的上部形成第二薄P+阱15，在此过程中利用掩膜版限制离子注入区域；
S4、采用低压力化学气相沉积法工艺在I型非晶硅层14的上表面淀积第二SiO2层16，之后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对第二SiO2层16进行刻蚀形成用于引出硅PIN光电二极管的负极18的电极通孔；
八、采用磁控溅射工艺从第一薄P+阱6引出光源正极7，从第一ITO薄膜层10引出光源负极11，从第二ITO薄膜层12引出硅PIN光电二极管的正极17，从第二薄P+阱引出硅PIN光电二极管的负极18，并利用ICP工艺刻蚀掉多余的铝金属；
九、进行低温退火，使光源正极7、出光源负极11、硅PIN光电二极管的正极17，硅PIN光电二极管的负极18与各自所在的位置分别形成欧姆接触。
27和第七高深宽比P阱28相连形成第四小岛。第一小岛制作有电容，第二小岛制作有NPN晶体管，第三小岛制作有PNP晶体管，第四小岛制作有电阻，电容、NPN晶体管、PNP晶体管和电阻彼此电连接形成后端电路。
（一）选用n掺杂的硅晶圆作为第二衬底19，借助掩膜版，使用离子注入工艺，首先在第二衬底19上依次完成第二深P阱20、第一高深宽比P＋阱21和第二高深宽比P＋阱22的制作，形成的第一大岛和第二大岛；然后在第一大岛中完成第三深P阱23、第三～第七高深宽比P阱
24～28的制作，形成第一～第四小岛；接着在第二大岛完成第一深P阱3、第一高深宽比P阱4和第二高深宽比P阱5的制作，形成第一岛，最后在第一岛的上部完成第一薄P+阱6的制作；
（二）利用掩膜版，采用离子注入工艺在第一～第四小岛中分别对应制作电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻；
（三）采用溅射工艺，在第一衬底2的上表面镀一层厚度为100 200nm的TiO2薄膜，之后~
采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对TiO2薄膜进行刻蚀，去除多余部分的TiO2薄膜，形成宽度小于第一薄P+阱6的宽度的TiO2薄膜层9；
（四）采用低压力化学气相沉积法在第二衬底2的上表面生长形成介质层29，以起到电学隔离的作用；
（五）采用化学机械抛光工艺对介质层29和TiO2薄膜层9的表面进行平坦化处理，将TiO2薄膜层9的厚度控制在50nm～120nm，使TiO2薄膜层9与介质层29的厚度相同；
（六）按照实施例2中步骤六至步骤八相同的过程，在TiO2薄膜层9的上方完成基于异质结薄膜光源的光耦的其它部分的制作；
（七）采用感应耦合等离子体刻蚀工艺对介质层29位于第一～第四小岛上方的区域进行刻蚀，分别形成电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻的电极通孔；
（八）采用磁控溅射在电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻的电极通孔中，分别制作铝电极，然后刻蚀掉多余的铝金属，并完成电容、NPN晶体管、PNP晶体管、电阻之间的电连接以形成后端电路，最后将硅PIN光电二极管的正极17与后端电路的输入电极Vin相连，将硅PIN光电二极管的负极18与后端电路的地电极GND相连；
（九）从第一大岛上方引出后端电路的电源电极Vcc、输出电极Vout和地电极GND，从第二大岛上方引出基于异质结薄膜光源的光耦的光源正极7与光源负极11；
（十）进行低温退火，使基于异质结薄膜光源的光耦、后端电路包含的所有的金属电极与各自所对应的位置分别形成欧姆接触。
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