[实用新型]基于标准CMOS工艺的新型光互连结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及硅基发光及接收领域，涉及一种基于标准CMOS工艺的单晶硅LED及多晶硅PIN探测器组成的新型光互连结构。

背景技术

21世纪信息科学技术迅猛发展，集成电路的特征尺寸正在变得越来越小，芯片的集成度也在摩尔定律的引导下变得越来越高，微电子产品正在向着小而精的方向发展。由于大量信息需要快速处理，因此人们对集成电路的工作速度也提出了更高的要求。然而在现在的工艺条件下，微电子技术信息的载体、电子已经成为除了电路的结构、器件的尺寸之外制约微电子电路工作速度提高的重要瓶颈。如果将微电子技术与光电子技术相结合，用标准CMOS工艺在硅基衬底上制备全硅光电集成电路（OEIC），则在维持制作工艺成本基本不变的前提下，将会使电路处理信息的速度有很大的提高。

高效的硅基发光器件（Si-LED）及光探测器是实现OEIC的基础和核心。为此近些年研究人员对Si-LED及相应的探测器进行了大量的研究，设计了各种类型的Si-LED及探测器。虽然在OEIC的研究中不断有新的理论被提出，单个器件的某些性能也有相当的提高，然而用标准CMOS工艺制作OEIC的技术依然还不成熟，还有待于进一步的研究。根据目前已知的报道，多晶硅的探测器还没有被研究探索，如果利用MOSFET多晶硅层制备光探测器，则可以将其直接制备在单晶硅LED之上，减小了光传输路程，从而降低光传输损耗。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种基于标准CMOS工艺的新型光互连结构，实现了基于标准CMOS工艺的单晶硅LED及多晶硅PIN探测器组成的新型光互连结构及制备方法，以获得一种新型的光互连结构；本实用新型提供的光互连结构，能够将输入的电信号通过高效的单晶硅LED发光转化成光信号，然后光信号被多晶硅PIN探测器转换成电信号输出。

本实用新型通过如下技术方案予以实现。

本实用新型提出的基于标准CMOS工艺的新型光互连结构包括单晶硅LED、栅极氧化SiO₂层2、多晶硅PIN探测器以及P型衬底12，其中：

所述单晶硅LED包括单晶硅LED阳极及其接触区5、单晶硅LED阴极及其接触区6；设置在P型衬底12中的N阱1中；

所述栅极氧化SiO₂层2采用两层CMOSFET的SiO₂层结构，作为该互连结构的光波导，其厚度为（或）；

所述多晶硅PIN探测器设置于所述栅极氧化SiO₂层2之上，分成了三个区域，包括多晶硅探测器的阳极及其接触区7；多晶硅探测器的阴极及其接触区8、多晶硅探测器的i区9以及设置于多晶硅探测器的阳极及其接触区7和多晶硅探测器的阴极及其接触区8上的多晶硅探测器的电极通孔10；

与现有技术相比，本实用新型具有如下积极效果：

硅基单片光电集成电路是一种电输入、光传输、电输出的光互连结构，本实用新型通过设计由高效率的单晶硅LED和新型的多晶硅PIN探测器组成的光互连系统，是解决目前传统的硅集成电路芯片在速度和集成度方面继续发展出现不可避免的“瓶颈”的有效方案之一，该实用新型可为基于标准CMOS工艺的光互连系统提供一些新的、有益的参考。

附图说明

图1是本实用新型的单晶硅LED与多晶硅PIN探测器组成的光互连结构的剖面结构示意图；

图2是本实用新型的单晶硅LED与多晶硅PIN探测器组成的光互连结构的平面图。

图3是多晶硅探测器的多晶硅层的平面视图。

图4是需要进行有源区掺杂的区域。

附图标记如下：

1、N阱；2、栅极氧化SiO₂层；3、多晶硅层；4、单晶LED电极通孔；5、单晶硅LED阳极及其接触区；6、单晶硅LED阴极及其接触区（P区）；7、多晶硅探测器的阳极及其接触区（N区）；8、多晶硅探测器的阴极及其接触区（P区）；9、多晶硅探测器的i区；10、多晶硅探测器的电极通孔；11、电极及金属屏蔽层；12、衬底；13、需要进行P掺杂的区域；14、需要进行N掺杂的区域

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步详细说明本实用新型的具体实施方式。