Фоточувствительная интегральная схема

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Блынский Виктор Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Фоточувствительная интегральная схема, состоящая из кремниевой подложки -типа со сформированными на ней эпитаксиальными областями -типа, разделенными изолирующими областями и закрытыми сверху защитным диэлектриком, внутри которых сформированы нефоточувствительные элементы фоточувствительной интегральной схема, и фотоприемника, содержащего, как минимум, один - переход между одной из эпитаксиальных областей -типа и кремниевой подложкой -типа, отличающаяся тем, что в участке кремниевой подложки под фотоприемником сформирована легированная золотом область, перекрывающая фоточувствительную область фотоприемника, ширина которой равна ширине фотоприемника. 2. Фоточувствительная интегральная схема по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние от фоточувствительной поверхности фотоприемника до легированной золотом области составляет 10-15 мкм. 72622011.04.30 Полезная модель относится к области опто- и микроэлектроники и может быть использована в фотодатчиках, чувствительность которых адаптирована к видимому свету,например в системах автоматического контроля и управления освещенностью. Известна фоточувствительная интегральная схема (ФИС), состоящая из кремниевой подложки, на которой сформирован эпитаксиальный слой с типом проводимости, противоположным типу проводимости подложки, в котором сформированы все элементы фоточувствительной ИС, в том числе и фотодиод горизонтального типа, вся фоточувствительная область которого расположена внутри эпитаксиального слоя 1. В указанной конструкции для получения высокой чувствительности необходимо изготовление ФИС в толстой эпитаксиальной пленке, что в ряде случаев неприемлемо. Наиболее близким техническим решением является ФИС, состоящая из кремниевой подложки -типа со сформированным на ней эпитаксиальным слоем -типа, разделенным посредством изолирующих областей на -области, в которых сформированы элементы ИС, и фотоприемника, состоящего из подложки и одной из изолированных эпитаксиальных областей -типа, внутри которой у ее поверхности сформирована -область 2. Характеристика спектральной чувствительности данной ФИС не адаптирована к видимой области спектра вследствие того, что чувствительность ФИС к видимому свету остается более низкой, чем к инфракрасному (ИК) излучению. Это ограничивает ее использование в фотодатчиках, предназначенных для работы в видимом диапазоне спектра. Технической задачей полезной модели является адаптация спектральной характеристики фоточувствительной интегральной схемы к видимому свету. Техническая задача решается тем, что в фоточувствительной интегральной схеме, состоящей из кремниевой подложки -типа со сформированными на ней эпитаксиальными областями -типа, разделенными изолирующими областями и закрытыми сверху защитным диэлектриком, внутри которых сформированы нефоточувствствительные элементы ФИС, и фотоприемника, содержащего, как минимум, один - переход между одной из эпитаксиальных областей -типа и кремниевой подложкой -типа, в участке кремниевой подложки под фотоприемником сформирована легированная золотом область, перекрывающая фоточувствительную область фотоприемника, ширина которой равна ширине фотоприемника. Совокупность указанных признаков позволяет, не ухудшив параметры элементов ИС,уменьшить спектральную чувствительность фотоприемника и, соответственно, всей ФИС в инфракрасной области спектра, сдвинуть максимум спектральной чувствительности в видимый диапазон спектра, тем самым адаптировав ее чувствительность к видимому диапазону спектра. Видимый свет поглощается в кремнии на 80-90 на глубине 10-15 мкм. В оптимальном случае расстояние от фоточувствительной поверхности фотоприемника до легированной золотом области должно равняться этой величине. На большей глубине поглощается в основном ИК-излучение. Вследствие большого коэффициента диффузии золота, легированная золотом область не имеет четкой границы. Поэтому при ширине легированной золотом области, большей ширины фотоприемника в случае, если легированная золотом область примыкает к переходу фотоприемника, она может распространиться на эпитаксиальные области -типа,в которых формируются нефоточувствительные элементы ФИС, что приведет к изменению их параметров. При ширине легированной золотом области, меньшей ширины перехода фотоприемника, часть ИК квантов света попадает в область подложки, нелегированную золотом, где электроны имеют большую диффузионную длину. Это уменьшает эффект подавления ИК составляющей излучения. Сущность предлагаемого технического решения поясняется фигурой, где 1 - кремниевая подложка 2 - защитный диэлектрик 2 72622011.04.30 3 - изолирующая область 4 - эпитаксиальная область -типа 5 - нефоточувствительный элемент ФИС 6 - фотоприемник 7 - легированная золотом область. Фоточувствительная интегральная схема состоит из кремниевой подложки 1 -типа,на которой выращены эпитаксиальные области -типа 4, разделенные посредством изолирующих областей 3 и закрытые сверху защитным диэлектриком 2, в которых сформированы нефоточувствительные элементы ФИС 5. Тип элементов (резистор, емкость, биполярный транзистор, МДП транзистор), их число и схема соединения зависят от параметров ФИС и ее назначения. Фотоприемник 6 состоит из - перехода, образованного между одной из эпитаксиальных областей -типа 4 и кремниевой подложкой 1 -типа. В участке кремниевой подложки 1 под фотоприемником 6 создана легированная золотом область 7, перекрывающая фоточувствительную область фотоприемника 6, ширина которой равна ширине фотоприемника 6. Фоточувствительная интегральная схема работает следующим образом. Кванты видимого света преимущественно поглощаются в эпитаксиальной области-типа 4 фотоприемника 6, образуя дырки, собираемые - переходом фотоприемника 6. Инфракрасное излучение поглощается в основном в кремниевой подложке 1, генерируя электроны, которые под действием диффузии движутся к - переходу фотоприемника 6. При этом частично они рекомбинируют. Количество электронов, достигающих - перехода фотоприемника 6, возрастает с увеличением диффузионной длины электронов в кремниевой подложке 1. Фоточувствительная область фотоприемника 6 располагается в эпитаксиальной области -типа 4 фотоприемника 6 и в кремниевой подложке 1 под переходом фотоприемника 6. Вследствие того что легированная золотом область 7 частично перекрывает фоточувствительную область фотоприемника 6, подавляющая часть электронов, генерируемых ИК излучением в кремниевой подложке 1 под фотоприемником 6,из-за наличия глубоких центров, созданных золотом в запрещенной зоне кремния, рекомбинирует, не достигая - перехода фотоприемника 6. Это приводит к уменьшению ИК составляющей фототока фотоприемника 6 и сдвигу максимума спектральной чувствительности ФИС в видимый диапазон спектра. Вследствие пространственной локальности введения золота, эпитаксиальные области -типа 4, в которых сформированы нефоточувствительные элементы ФИС 5, расположены вне легированной золотом области 7, поэтому параметры нефоточувствительных элементов ФИС 5 не ухудшаются. Пример выполнения. На кремниевой подложке 1 -типа толщиной 460 мкм с удельным сопротивлением 12 Омсм сформированы эпитаксиальные области -типа 4 толщиной 4 мкм, между которыми расположены образованные имплантацией бора изолирующие области 3. Размеры фоточувствительного - перехода фотоприемника 6 составляют 22 мм. В качестве защитного диэлектрика 2 используются оксид и нитрид кремния. На фоточувствительной поверхности фотоприемника 6 расположено двухслойное просветляющее покрытие. Первый слой просветляющего диэлектрика состоит из 2 толщиной 80 нм, второй слой - из 34 толщиной 110 нм. Омический контакт к подложке 1 осуществлен через изолирующую область 3. Под эпитаксиальным - переходом фотоприемника 6 в кремниевой подложке 1 сформирована область, легированная золотом 7, расстояние от которой до фоточувствительной поверхности фотоприемника составляет 15 мкм. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3