專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，且更具體地，涉及一種其中晶體管和光接收元件被單片集成在半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
近年來，如⑶(壓縮光盤)、DVD (數(shù)字多功能光盤)和藍(lán)光光盤的一直更密集的光盤器件獲得了發(fā)展并投入了實(shí)際使用。此外，在藍(lán)光光盤器件中，讀取速度和寫入速度獲得了提高。隨著速度提高，存在對(duì)光學(xué)拾取器中所并入的PDIC(光電二極管集成電路)的速度提高的需求。因?yàn)樗俣忍岣甙殡S著高功率激光輸出，所以PDIC的速度提高需要也在高的光學(xué)輸入的條件下實(shí)現(xiàn)。此外，因?yàn)楣鑼?duì)藍(lán)色光具有高吸收系數(shù)，所以光吸收所產(chǎn)生的載流子集中在硅表面上。因此，由于表面復(fù)合而引起的光生載流子偶湮滅(pair annihilation) 的發(fā)生概率增大，并且其也是獲得效率(光電流/入射光功率)的重要問題。出于更小的尺寸和更低的成本的考慮，光學(xué)拾取器中所并入的光接收元件(PD 光電二極管)通常被單片集成在IC(集成電路)上。因此，對(duì)針對(duì)上述問題的PD優(yōu)化設(shè)計(jì)施加了制約。例如，圖7示出專利文獻(xiàn)1的圖1中示出的PDIC。圖7中的PDIC包括ρ型硅襯底1、p+型硅層2、p_型外延層3和η型外延層6，并且在外延生長(zhǎng)過程中，形成P型掩埋擴(kuò)散層4和η型掩埋擴(kuò)散層5。此外，形成ρ型分離擴(kuò)散層7，用于PD和雙極晶體管之間的元件分離，并且在PD區(qū)中形成PD部η型擴(kuò)散層8，并且在雙極晶體管區(qū)中形成η型擴(kuò)散層9、ρ型基極擴(kuò)散層10和η型發(fā)射極擴(kuò)散層11。在這樣的硅襯底上方，形成電介質(zhì)膜12和電極13。在該P(yáng)DIC中，在其表面上具有η型半導(dǎo)體層的PD和雙極晶體管被單片集成在ρ 型硅襯底1上。對(duì)于雙極晶體管而言，η型外延層6需要具有大約1 μ m或更大的厚度(例如，參見專利文獻(xiàn)2)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，PD的p-n結(jié)位置在硅表面下方為1 μ m或更大的深度，導(dǎo)致效率的減小以及響應(yīng)速度劣化。劣化的原因在于，硅對(duì)藍(lán)光光盤器件中所使用的藍(lán)色光的吸收系數(shù)大，并且入射光強(qiáng)度為Ι/e處的深度為大約0. 15 μ m那么淺。鑒于這樣的擔(dān)心，專利文獻(xiàn)3至5中所描述的PDIC采用這樣如下的技術(shù)蝕刻PD 區(qū)，以使P-n結(jié)位置較淺。但是，未經(jīng)平坦化的晶片由于半導(dǎo)體工藝變難而不可行。專利文獻(xiàn)6和7采用這樣如下的技術(shù)通過擴(kuò)散使η型外延層6的下層部分反轉(zhuǎn)為ρ型，以使p-n 結(jié)位置較淺。但是，難以通過P和η的平衡來控制濃度。為了使PD的電容保持為低，例如， Ρ_型外延層3具有低至大約1 X IO14CnT3的濃度。極其困難的是通過擴(kuò)散將η型半導(dǎo)體層反轉(zhuǎn)為P型并將其控制到這樣的低濃度。因此，PD的優(yōu)化一般是在p-n結(jié)位置深度在某種程度上與雙極晶體管一致的前提下進(jìn)行。在專利文獻(xiàn)2中，使η型外延層的厚度為2 μ m,并且提供高濃度區(qū)，使得峰值位于 0. 3至0. 7 μ m的深度處。然而，在相對(duì)于濃度峰值的表面?zhèn)壬纤a(chǎn)生的空穴載流子難以移動(dòng)到P型區(qū)，并且由于表面復(fù)合而引起的偶湮滅的概率增大。從而效率低。在專利文獻(xiàn)8中，使η型外延層的厚度為大約0.8μπι至Ι.Ομπι，并且限定通過離子注入而獲得的η型雜質(zhì)濃度，以由此實(shí)現(xiàn)90%或更大的量子效率。以此方式，PD部的η 型雜質(zhì)濃度分布是重要的。如專利文獻(xiàn)9中所描述的，PD部η型擴(kuò)散層8有助于防止通過光吸收而產(chǎn)生的空穴載流子發(fā)生表面復(fù)合，并且有助于提高效率。此外，如專利文獻(xiàn)8中所述，PD表面上的η 層的薄層電阻影響PD的響應(yīng)速度。PD部η型擴(kuò)散層8的存在對(duì)于減小電阻而言同樣有效。 如專利文獻(xiàn)10中所述，PD部η型擴(kuò)散層8可以具有雙重離子注入結(jié)構(gòu)。如果濃度分布曲線具有梯度，則對(duì)光生空穴載流子施加電場(chǎng)，并且可以提高響應(yīng)速度。根據(jù)專利文獻(xiàn)1、8和11，通過如下設(shè)定PD部η型擴(kuò)散層8的η型摻雜分布曲線， 可以實(shí)現(xiàn)90%或更大量子效率。當(dāng)使用砷進(jìn)行離子注入并且擴(kuò)散深度淺時(shí)，將最大表面濃度設(shè)定為lX102°m3或更小。當(dāng)使用磷進(jìn)行離子注入并且擴(kuò)散深度深時(shí)，將最大表面濃度設(shè)定為IX IO19CnT3或更小。此外，通過將η型外延層6的厚度(ρ-n結(jié)深度)設(shè)定為大約0. 8 至1.Oym那么薄，可以獲得良好的響應(yīng)速度。在單個(gè)PD的3dB帶寬中，可以獲得500MHz 或更大。如果實(shí)現(xiàn)這樣的響應(yīng)速度，則其變?yōu)榕c1 速度藍(lán)光光盤器件兼容。引文列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2004-087979專利文獻(xiàn)2 日本專利No. 4058034專利文獻(xiàn)3 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2002-064218專利文獻(xiàn)4 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2003-037259專利文獻(xiàn)5 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2006-210494專利文獻(xiàn)6 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2007-317767專利文獻(xiàn)7 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2007-317768專利文獻(xiàn)8 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2003-197949專利文獻(xiàn)9 日本未審專利申請(qǐng)公布No. H04-249381專利文獻(xiàn)10 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2002-203954 (pp. 8_9、圖5和圖6)專利文獻(xiàn)11 日本未審專利申請(qǐng)公布No. 2003-05160
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題問題在于，η型外延層6的厚度對(duì)于雙極晶體管而言優(yōu)選地為厚，而對(duì)于PD而言優(yōu)選地為薄，并因而其適當(dāng)范圍窄。注意，在硅的外延生長(zhǎng)中，因?yàn)閷雍竦脑佻F(xiàn)性、晶片之中的變化和晶片中的變化，所以期望的是在考慮大約士0. Ιμπι的變化的情況下對(duì)外延層厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體來說，如果η型外延層6太薄，則成品率由于雙極晶體管的擊穿電壓劣化而降低。為了提高成品率，期望以1 μ m或更大的層厚作為設(shè)計(jì)中心并且以0. 9 μ m或更大作為變化的下限。另一方面，η型外延層6的厚度對(duì)于PD的帶寬而言優(yōu)選地為薄。例如，在專利文獻(xiàn)8中，η型外延層的厚度為0. 8至1. 0 μ m。在此情況下，η型外延層的目標(biāo)厚度的中心為 0.9μπι。因此，難以獲得雙極晶體管的擊穿電壓成品率。
簡(jiǎn)而言之，滿足PD的帶寬和晶體管的擊穿電壓這兩者的η型外延層的最佳厚度范圍窄，并且成品率低。在藍(lán)光光盤器件的進(jìn)一步速度提高方面，期望進(jìn)一步提高PD的3dB帶寬。例如， 為了實(shí)現(xiàn)16x速度，需要大約600MHz的3dB帶寬。另一方面，即使在1 速度的情況下， 單個(gè)PD的帶寬的提高也在IC設(shè)計(jì)中作出容差。此外，雖然以低光輸入獲得500MHz的3dB 帶寬，但是帶寬隨著光入射功率的增大而減小。光盤器件寫入時(shí)高功率的光被入射在PDIC 上，并且要求在光消失之后的穩(wěn)定時(shí)間短。因而，考慮到高光輸入下的響應(yīng)速度，PD的帶寬不足。這是因?yàn)?，為了如上所述獲得集成雙極晶體管的擊穿電壓成品率，η型外延層的厚度不能制作得薄。鑒于前面所述而完成了本發(fā)明，并且因而本發(fā)明的目的是提供一種雙極晶體管的擊穿電壓成品率高并且光接收元件的帶寬和量子效率高的半導(dǎo)體器件。用于解決問題的方法根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括晶體管和與晶體管單片集成的光接收元件，其中， 所述光接收元件包括P型半導(dǎo)體層、形成在所述P型半導(dǎo)體層上的η型外延層以及形成在所述η型外延層上的η型擴(kuò)散層，所述η型擴(kuò)散層的η型雜質(zhì)濃度在所述η型擴(kuò)散層的表面下方0. 12 μ m或更大深度處為3 X IO18cnT3或更小，在所述表面下方0. 4 μ m或更小深度處為lX1016cm_3或更大，并且在所述表面下方的0.8 μ m或更大深度處為IX 1016cm_3或更小， 并且所述P型半導(dǎo)體層和所述η型外延層之間的界面位于所述表面下方0. 9 μ m至1. 5 μ m 深度處。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法是其中單片集成晶體管和光接收元件的半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括在P型半導(dǎo)體層上形成厚度為0. 9 μ m至1. 5 μ m的η型外延層、以及在所述光接收元件的形成區(qū)域中的η型外延層上形成η型擴(kuò)散層，所述η型擴(kuò)散層在η型擴(kuò)散層的表面下方0. 12 μ m或更大深度處具有3 X IO18cnT3或更小的η型雜質(zhì)濃度，在0. 4 μ m或更小深度處具有1 X IO16CnT3或更大的η型雜質(zhì)濃度，并且在0. 8 μ m或更大深度處具有1 X IO16cnT3或更小的η型雜質(zhì)濃度。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種雙極晶體管的擊穿電壓成品率高并且光接收元件的帶寬和量子效率高的半導(dǎo)體器件。


圖1是根據(jù)第一和第二示例性實(shí)施例的PDIC的橫截面圖；圖2是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體光接收器件的η型摻雜分布曲線的曲線圖；圖3是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的效果的曲線圖；圖4是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用以解釋作用的Ii1與量子效率的依賴性的曲線圖；圖5是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用以解釋作用的Ii1與3dB帶寬的依賴性的曲線圖；圖6是示出根據(jù)第二示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體光接收器件的η型摻雜分布曲線的曲線圖；以及圖7是專利文獻(xiàn)1的圖1中示出的PDIC的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式以下，將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于下面描述的實(shí)施例。下列描述和附圖適當(dāng)簡(jiǎn)短，以使解釋清楚。第一示例性實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的PDIC的橫截面圖。在該P(yáng)DIC中，在ρ型硅襯底101上形成ρ+型硅層102、ρ—型外延層103和η型外延層106。ρ—型外延層103的 P型雜質(zhì)濃度為lX1014cm_3。η型外延層106的厚度為1.2士0.1 μ m，且其η型雜質(zhì)濃度為3至6X1015cm_3。注意，η型外延層106的厚度可以為1. 0至1. 4 μ m，且其η型雜質(zhì)濃度可以為1至8 X IO1W0 在外延生長(zhǎng)中，存在生長(zhǎng)層厚度的再現(xiàn)性、晶片間的變化和晶片內(nèi)的變化?？紤]到這樣的變化，η型外延層106的厚度優(yōu)選在0. 9 μ m至1. 5 μ m的范圍內(nèi)。在外延生長(zhǎng)的過程中，形成ρ型掩埋擴(kuò)散層104和η型掩埋擴(kuò)散層105。此外，形成P型分離擴(kuò)散層107，用于在PD和雙極晶體管之間的元件分離。在PD區(qū)中，形成PD部η 型擴(kuò)散層108，并且在雙極晶體管中，形成η型擴(kuò)散層109、ρ型基極擴(kuò)散層110和η型發(fā)射極擴(kuò)散層111。在這樣的硅晶體上方，形成電介質(zhì)膜112，并且放置有電極113。在此PDIC中，PD部η型擴(kuò)散層108的η型雜質(zhì)濃度分布對(duì)PD的帶寬和效率具有顯著影響。圖2示出兩個(gè)不同的摻雜分布曲線A和B。圖3示出在這樣的摻雜分布曲線的前提下計(jì)算3dB帶寬對(duì)光入射功率的依賴性所得到的結(jié)果。在分布曲線A的情況中，10 μ W入射的情況下的3dB帶寬為489MHz。然而，帶寬在η型外延層106的厚度變?yōu)?. 16 μ m時(shí)變?yōu)?22MHz，并且在其變?yōu)棣?Μμπι時(shí)減少至 46IMHz0因?yàn)閹捯源朔绞矫舾械刈兓?，所以期望的是?shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)中心處具有容差的帶寬， 以便獲得足夠高的成品率。在分布曲線B中，10 μ W入射的情況下的3dB帶寬為603MHz，其為分布曲線A的大約1.2倍。另外，盡管帶寬隨光入射功率增大而減小，但是在分布曲線B中直到60 μ W都可以獲得500MHz或更大的帶寬，并且與分布曲線A相比，可以獲得500MHz帶寬的最大入射功率顯著提高。關(guān)于量子效率，當(dāng)在表面復(fù)合速率為lX104cm/s的前提下進(jìn)行計(jì)算時(shí)，在分布曲線A中為95. 6%，而對(duì)于分布曲線B則提高到97. 8%。鑒于帶寬和效率這兩者的計(jì)算結(jié)果，分布曲線B明顯優(yōu)于分布曲線A。這是因?yàn)榉植记€B滿足下列實(shí)現(xiàn)高效率和高帶寬的條件，而分布曲線A不滿足高效率和高帶寬的條件。首先，η雜質(zhì)濃度峰值深度位置位于距離硅表面0. 05 μ m內(nèi)。此外，η雜質(zhì)濃度在 0. Iym深度處為3 X 1018cm_3或更小。此外，η雜質(zhì)濃度在0. 4 μ m深度處為2 X 1016cm_3或更大。在這樣的特性之中，0. Iym深度處的η型雜質(zhì)濃度低于特定程度的條件具有提高效率的作用。此外，η型雜質(zhì)濃度直到0. 4 μ m深度都分布在2 X IO16CnT3或更大的水平的條件具有充分縮窄區(qū)域的作用并由此提高帶寬，在所述區(qū)域中電場(chǎng)由于不存在濃度梯度而為低。以下，描述計(jì)算方法。
發(fā)明人進(jìn)行了定量研究，以便維持與雙極型IC集成的PD的高量子效率并且使3dB 帶寬從550MHz提高。結(jié)果是，在假設(shè)與雙極IC集成并且在其表面上具有η型硅的用于光學(xué)拾取器的藍(lán)色PD中，發(fā)明人成功地實(shí)現(xiàn)了超過500MHz的3db帶寬以及超過95%的量子效率。對(duì)于量子效率，已知在η型雜質(zhì)的最大表面濃度等于或低于1 X IO19CnT3時(shí)可以獲得90%或更大的量子效率。根據(jù)專利文獻(xiàn)1、8和11的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在IXlO19cnT3以下看不出任何特定的濃度依賴性。更具體來說，其也依賴于η型雜質(zhì)的擴(kuò)散深度。這是因?yàn)槭┘釉诠馍昭ㄝd流子上的電場(chǎng)隨著濃度梯度的變化而變化，并且表面復(fù)合概率相應(yīng)地改變。根據(jù)專利文獻(xiàn)1的圖4，量子效率足夠高并且濃度依賴性消失的最大表面濃度在η型雜質(zhì)擴(kuò)散層深度為0. 3 μ m時(shí)為1 X 102°cm_3或以下，而在η型雜質(zhì)擴(kuò)散層深度為1. 2 μ m時(shí)為1 X 1019cm_3 或更小。對(duì)于帶寬，已知在η型濃度分布使得濃度在表面處高并且在特定深度或更大來梯度地減小時(shí)可以提高帶寬。也已知在ρ-η結(jié)位置較淺時(shí)可以提高帶寬。但是，這些是定性的發(fā)現(xiàn)，而非定量的發(fā)現(xiàn)。關(guān)于定量的研究，專利文獻(xiàn)8中公開了由于電阻而引起的帶寬變化。然而，因?yàn)閹挷粌H極大地依賴于電阻而且還極大地依賴于光生空穴載流子輸運(yùn)到P層的時(shí)間，所以期望對(duì)其進(jìn)行定量的研究。從空穴載流子的輸運(yùn)現(xiàn)象的觀點(diǎn)來看，當(dāng) Ρ-η結(jié)越位置較淺時(shí)帶寬提高。當(dāng)為了一些其他原因而需要使Ρ-η結(jié)位置加深時(shí)，極其難以獲得高帶寬。因此，需要深入分析空穴載流子的輸運(yùn)現(xiàn)象并且嚴(yán)密地研究η型雜質(zhì)濃度分布?？紤]到η型外延層106的厚度的變化，為了充分提高單片集成的雙極晶體管的成品率，發(fā)明人將η型外延層106的厚度的設(shè)計(jì)中心設(shè)定在1. 2 μ m。以這樣大的厚度來獲得 500MHz或更大的帶寬是不容易的。因而，通過數(shù)值計(jì)算來詳細(xì)地分析載流子的輸運(yùn)現(xiàn)象。在該計(jì)算中，如上所述，將支配量子效率的表面復(fù)合速率被設(shè)定為lX104cm/s。雖然該值能夠根據(jù)工藝條件而變化，但是因?yàn)榱孔有实母叩完P(guān)系保持不變，所以量子效率提高的方向是可識(shí)別的。圖4示出Ii1與量子效率的依賴性的計(jì)算結(jié)果，并且圖5示出Ii1與PD的3dB帶寬的依賴性。作為通過離子注入而得到的η型雜質(zhì)濃度(摻雜分布曲線)的一般公式，假設(shè)由等式1表示的高斯分布。等式1 c = Ii1 X exp (- (x-cQ 7 (2 σ )χ是硅表面下方的深度。Iipd1和ο工是參數(shù)。H1表示每個(gè)高斯分布中的最大濃度。 Cl1表示提供每個(gè)高斯分布中最大濃度Ii1的深度。σ工表示深度的偏差。作為計(jì)算的結(jié)果，新發(fā)現(xiàn)了即使當(dāng)最大濃度落到IX IO19CnT3更小時(shí)，效率也仍然依賴于最大濃度。這是因?yàn)榕间螠?pair annihilation)的另一要素的電子濃度由于表面復(fù)合而變化。此外，新得出，帶寬和效率相對(duì)于參數(shù)Ilpd1和Q1處于折衷的關(guān)系。已知的是空穴載流子的遷移率與帶寬提高和效率提高都相關(guān)。但是，未知的是存在帶寬和效率之間的折衷關(guān)系。根據(jù)這樣的新發(fā)現(xiàn)，新得出的是，對(duì)摻雜分布曲線施加嚴(yán)格的限制以便實(shí)現(xiàn)高量子效率和高帶寬這兩者。作為用變化的參數(shù)Ilpd1和O1來進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)期CN 102232248 A
說明書
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望滿足下列條件。首先，圖4示出Ii1與量子效率的依賴性的計(jì)算結(jié)果。如圖4中所示，由·表示的線圖示出參數(shù)O1 = O. 15[μπι]的情況，由·表示的線圖示出參數(shù)O1 = O. 1[μπι]的情況。 此外，由實(shí)線表示的線圖示出參數(shù)Cl1 = 0[ μ m]的情況，以及由虛線表示的線圖示出參數(shù)Cl1 =0. 04[ym]的情況?；趫D4，通過縮窄O1和降低Ii1，可以獲得高量子效率。換言之，當(dāng)Ii1高時(shí)％應(yīng)該窄，而O1寬時(shí)Ii1應(yīng)該低。具體來說，當(dāng)最大濃度高時(shí)，濃度梯度應(yīng)該是陡峻的，而當(dāng)最大濃度低時(shí)，濃度梯度可以是緩和的。全部一起限定這些，可以施加限制濃度在特定深度位置處低于特定值。具體來說，η型雜質(zhì)濃度優(yōu)選在0. 12μπι深度處為3 X IO18cnT3或更低。 更優(yōu)選地，η型雜質(zhì)濃度在0.1 μ m深度處為3X IO18cnT3或更低。此外，量子效率強(qiáng)烈依賴于屯。Cl1優(yōu)選為0. 05 μ m或更小。圖5示出Ii1與PD的3dB帶寬的依賴性。如圖5中所示，由·表示的線圖示出參數(shù) O1 = O. 15[μπι]的情況，由·表示的線圖示出參數(shù)O1 = O. 1[μπι]的情況。此外，由實(shí)線表示的線圖示出參數(shù)Cl1 = 0[ μ m]的情況，以及由虛線表示的線圖示出參數(shù)Cl1 = O. 04[ym] 的情況。基于圖5，O1越寬則帶寬越合適。這是因?yàn)椋?dāng)O1窄時(shí)，在離子注入分布曲線不可達(dá)到的區(qū)域中，η型雜質(zhì)濃度保持在外延生長(zhǎng)摻雜濃度恒定，并且沒有獲得通過濃度梯度而形成的電場(chǎng)。另一方面，當(dāng)O1太寬時(shí)，量子效率劣化。這是因?yàn)?，其中濃度以小變化而保持為高的區(qū)域延伸到表面附近，并且由此不再施加將空穴載流子從表面拉離的電場(chǎng)。以此方式，雖然對(duì)于O1存在適當(dāng)?shù)姆秶?，但是也可以將其限定在η型雜質(zhì)濃度下降至IXlO16cnT3 的位置處。該位置優(yōu)選地為硅表面下方0. 4 μ m至0. 8 μ m深度處。更優(yōu)選地，η型雜質(zhì)濃度在0. 4 μ m深度處為2 X IO16CnT3或更大。然而，因?yàn)槿绻?. 8 μ m位置處的濃度太低則使雙極晶體管的收集極電阻增大，所以其優(yōu)選在0. 4 μ m至0. 8 μ m深度處為1 X 1015cm_3或更高。此外，作為計(jì)算的結(jié)果，得出， 當(dāng)η型外延層6的濃度太低時(shí)，高光輸入時(shí)的帶寬降低。例如，這可以通過將圖3和圖6中的曲線C和D進(jìn)行比較而觀察到。同樣根據(jù)這一觀點(diǎn)，不優(yōu)選的是，0. 8 μ m位置處的η型雜質(zhì)濃度太低。更優(yōu)選地，η型雜質(zhì)濃度在2 X IO15Cm 3或更高。此外，期望的是ρ-η結(jié)深度在特定范圍內(nèi)。下限根據(jù)雙極晶體管結(jié)構(gòu)來確定，并且優(yōu)先的是0.9μπι或更大。更優(yōu)選地，其為Ι.Ομπι或更大。更優(yōu)選地，其為1. Ιμπι或更大。 此外，ρ-η結(jié)深度的上限根據(jù)PD對(duì)藍(lán)色光的帶寬來確定，并且其優(yōu)選為1.5μπι或更小。更優(yōu)選地，其為1.4μπι或更小。更優(yōu)選地，其為1.3μπι或更小。以下，參照?qǐng)D6來說明根據(jù)第一示例性實(shí)施例的制造方法。首先，在ρ型硅襯底101上形成ρ+型硅層102和p—型外延層103。接著，形成ρ型掩埋擴(kuò)散層104和η型掩埋擴(kuò)散層105。然后，在整個(gè)面積上通過晶體生長(zhǎng)來形成η型外延層106。然后，形成ρ型分離擴(kuò)散層107，并且在PD區(qū)中通過磷或砷的雙重離子注入而形成 PD部η型擴(kuò)散層108。具有低擴(kuò)散系數(shù)的砷優(yōu)選地用于淺離子注入，而具有增強(qiáng)的離子注入能量的磷或砷優(yōu)選地用于深注入。在雙極晶體管區(qū)域中，形成η型擴(kuò)散109、ρ型基極擴(kuò)散層110和η型發(fā)射極擴(kuò)散層111。之后，在整個(gè)硅表面上形成電介質(zhì)膜112，并制作開口。 最后，在每個(gè)開口中形成電極113，并由此生產(chǎn)PDIC。
在本示例性實(shí)施例中，采用與用于形成PD部η型擴(kuò)散層108的離子注入不同地執(zhí)行用于形成雙極晶體管區(qū)域中的η型擴(kuò)散109的離子注入的工藝。因此，可以與雙極晶體管獨(dú)立地設(shè)計(jì)PD部η型擴(kuò)散層108的摻雜分布曲線。這能夠獲得用于提高PD帶寬和效率的詳細(xì)設(shè)計(jì)。第二示例性實(shí)施例在上述第一示例性實(shí)施例中，PD部η型擴(kuò)散層108的摻雜分布曲線可以在圖6中所示的C和D之間的某處。在第二示例性實(shí)施例中，使用作為下限和上線的分布曲線C和分布曲線D。圖3示出分布曲線C和D的3dB帶寬的入射光功率依賴性的計(jì)算結(jié)果。分布曲線C的10 μ W輸入處的3dB帶寬為^6MHz，且分布曲線D的10 μ W輸入處的3dB帶寬為 685MHz。與分布曲線A相比，它們分別提高到1.9倍和1.35倍。此外，分布曲線C和D這兩者直到70 μ W實(shí)現(xiàn)了 500MHz或更大的高帶寬，并且可以獲得500MHz的帶寬的入射光功率明顯高于分布曲線A。量子效率的計(jì)算值在分布曲線C中為98. 5%且在分布曲線D中為 95. 1%，這兩者都滿足95%或更大。如果濃度高于分布曲線D的濃度，則不能獲得量子效率，這是不期望的。為了計(jì)算方便，假定具有84μπιΦ內(nèi)部直徑的環(huán)狀電極作為PD的η電極，并且假定5μπιΦ (斑點(diǎn)直徑被限定為光強(qiáng)度為Ι/e處的直徑)的光被入射在中心上。在此情況下， 光入射位置和η電極之間的電阻在分布曲線C中為864Ω且在分布曲線D中為275 Ω。如果濃度低于分布曲線C中的濃度，則電阻值增大，并且從圖3中明顯可見，高光輸入處的帶寬減小，這是不期望的。分布曲線C由下列等式2中的C1 [cm_3]表示，且分布曲線D由下列等式3中的 c2 [cm 3]表不。等式2 =C1 = 4X IO17Xexp (-χ2/(2 X0. 152))+1Χ1015等式3 :c2 = 3 X IO18Xexp (-χ2/(2 X0. 22) )+8 X IO15在0 < χ < 0. 8處，如果摻雜分布曲線在這兩者之間的某處，則良好的帶寬、良好的效率和低電阻都被滿足，并且，與諸如分布曲線A的、在C和D范圍之外的分布曲線相比， 可以獲得被顯著提高的合適的性能。此外，可以根據(jù)應(yīng)用來有選擇地使用分布曲線C和D。在重放專用的光盤器件中， 因?yàn)橹恍枰凸廨斎胩幍膸捀?，所以可以使用分布曲線C。在記錄的光盤器件中，因?yàn)樾枰s短在高光輸入被關(guān)斷之后的穩(wěn)定時(shí)間，所以在高光輸入處具有高帶寬的分布曲線D是適合的。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例而具體示出并說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離由權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中做出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。本申請(qǐng)基于并要求于2008年12月1日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2008-306151的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。工業(yè)適用性本發(fā)明適用于例如光學(xué)拾取器中所并入的PDIC。附圖標(biāo)記列表101 ρ型硅襯底
102P+型硅層
103P"型外延層
104P型掩埋擴(kuò)散層
105η型掩埋擴(kuò)散層
106η型外延層
107P型分離擴(kuò)散層
108PD部η型擴(kuò)散層
109η型擴(kuò)散層
110P型基極擴(kuò)散層
111η型發(fā)射極擴(kuò)散層
112電介質(zhì)膜
113電極
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 晶體管；以及光接收元件，所述光接收元件與所述晶體管被單片集成，其中所述光接收元件包括 P型半導(dǎo)體層，η型外延層，所述η型外延層被形成在所述P型半導(dǎo)體層上，以及 η型擴(kuò)散層，所述η型擴(kuò)散層被形成在所述η型外延層上，所述η型擴(kuò)散層的η型雜質(zhì)濃度在所述η型擴(kuò)散層的表面下方0. 12 μ m或更大的深度處為3 X IO18CnT3或更小，在所述表面下方0. 4 μ m或更小深度處為1 X 1016cm_3或更大，并且在所述表面下方0. 8 μ m或更大深度處為1 X IO16cnT3或更小，以及所述P型半導(dǎo)體層和所述η型外延層之間的界面位于所述表面下方0. 9 μ m至1. 5 μ m 深度處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述η型雜質(zhì)濃度的峰值位于所述表面下方0. 05 μ m深度以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述η型雜質(zhì)濃度在所述表面下方 0. 4至0. 8 μ m深度處為1 X 1015cm_3或更大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述η型雜質(zhì)濃度在所述表面下方0. 1 μ m或更大深度處為3 X IO18CnT3或更小，并且在所述表面下方0. 4 μ m或更小深度處為2 X IO16CnT3或更大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述ρ型半導(dǎo)體層和所述 η型外延層之間的界面位置在所述表面下方1.(^!11至1.4 4111深度處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述表面下方χ[μ m]深度處的η型雜質(zhì)濃度c[cm_3]在0彡χ彡0. 8處滿足C1彡c彡c2 (C1和c2[cm_3]由以下表達(dá)式給出)C1 = 4 X IO17 Xexp (-χ2/(2 X0. 152))+1 X IO15, c2 = 3 X IO18 X exp (-χ2/ (2 X 0. 22)) +8 X IO150
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述晶體管為雙極晶體管。
8.一種具有單片集成的晶體管和光接收元件的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括 在P型半導(dǎo)體層上形成具有的厚度為0. 9 μ m至1. 5 μ m的η型外延層；以及在所述光接收元件的形成區(qū)域中的所述η型外延層上形成η型擴(kuò)散層，所述η型擴(kuò)散層在所述η型擴(kuò)散層的表面下方0. 12 μ m或更大的深度處具有3 X IO18cnT3或更小的η型雜質(zhì)濃度，在0. 4 μ m或更小的深度處具有1 X IO16CnT3或更大的η型雜質(zhì)濃度，并且在0. 8 μ m 或更大的深度處具有1 X IO16cnT3或更小的η型雜質(zhì)濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述η型擴(kuò)散層被形成為使得所述η型雜質(zhì)濃度的峰值位于所述表面下方0. 05 μ m深度以內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述η型擴(kuò)散層被形成為使得所述η型雜質(zhì)濃度在所述表面下方0. 4至0. 8 μ m深度處為1 X 1015CnT3或更大。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述η型擴(kuò)散層被形成為使得所述η型雜質(zhì)濃度在所述表面下方0. 1 μ m或更大的深度處為 3X IO1W3或更小，并且在所述表面下方0. 4μ m或更小的深度處為2X IO16CnT3或更大。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，在所述ρ型半導(dǎo)體層上形成具有的厚度為1. 0 μ m至1. 4 μ m的η型外延層。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述η型擴(kuò)散層被形成為使得所述η型擴(kuò)散層的表面下方χ[μπι]深度處的η型雜質(zhì)濃度c [cm—3]在 0彡χ彡0. 8處滿足C1彡c彡c2 (C1和c2[cm_3]由以下表達(dá)式給出)C1 = 4 X IO17 Xexp (-χ2/(2 X0. 152))+1 X IO15, c2 = 3 X IO18 X exp (-χ2/ (2 X 0. 22)) +8 X IO150
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，其中雙極晶體管具有高擊穿電壓成品率并且光接收元件具有高帶寬和量子效率。光學(xué)半導(dǎo)體器件包括單片集成的晶體管和光接收元件。所述光接收元件包括p型半導(dǎo)體層、形成在所述p型半導(dǎo)體層上的n型外延層以及形成在所述n型外延層上的n型擴(kuò)散層。所述n型擴(kuò)散層在距離所述n型擴(kuò)散層的表面0.12μm或更大的深度處具有的n型雜質(zhì)濃度為3×1018cm-3或更小，在距離所述表面0.4μm或更小的深度處具有的n型雜質(zhì)濃度為1×1016cm-3或更大，并且在距離所述表面0.8μm或更大的深度處具有的n型雜質(zhì)濃度為1×1016cm-3或更小。所述p型半導(dǎo)體層和所述n型外延層之間的界面位于距離n型擴(kuò)散層的表面0.9μm至1.5μm深度處。
文檔編號(hào)H01L31/10GK102232248SQ20098014835
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者森本卓夫 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社