一种红外接收芯片晶圆及其红外接收芯片的制作方法

本实用新型涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种红外接收芯片晶圆及其红外接收芯片。

背景技术：

随着对光的性质了解日益增多，对光的探测技术在市场上也得到了越来越越广泛的应用，对于处于红外波段的光的探测技术也得到了广泛的发展。目前，对红外光的探测通常需要采用红外光敏二极管和信号放大电路，而在包含该信号放大电路的红外芯片中需要设置衬底，目前，红外芯片的晶圆通常是由两个金属层、氧化层、外延层和多晶硅层构成，两个金属层分别与信号放大电路的输入端、输出端一一对应连接，由于红外光敏二极管产生电流通常较为微弱，同时由于外延层和多晶硅会与金属层产生寄生电容，寄生电容很容易信号放大电路的放大过程产生干扰，不利于对红外光进行探测。

综上所述，现有技术中的红外芯片衬底存在干扰程度高、红外光探测的灵敏度较低的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种红外接收芯片晶圆及其红外接收芯片，以解决现有技术中的红外芯片衬底存在干扰程度高、红外光探测的灵敏度较低的问题。

本实用新型的实施例提供一种红外接收芯片晶圆，包括：引线金属层、氧化隔离层、走线金属层、寄生电容、寄生二极管、p型衬底和n阱层；

引线金属层、走线金属层分别设置于氧化隔离层的不同区域，n阱层设置于p型衬底的氧化隔离层与p型衬底的交界处；

寄生电容位于氧化隔离层；

引线金属层的引线端与外部的红外信号放大输入端连接，走线金属层的走线端与外部的红外信号放大输出端连接。

本实用新型的另一实施例提供一种红外接收芯片，包括：红外接收芯片晶圆、电阻和信号放大电路；

红外接收芯片晶圆包括引线金属层、氧化隔离层、走线金属层、寄生电容、寄生二极管、p型衬底和n阱层；

引线金属层、走线金属层分别设置于氧化隔离层的不同区域，n阱层设置于p型衬底的氧化隔离层与p型衬底的交界处；

寄生电容位于氧化隔离层；

引线金属层的引线端与红外信号放大输入端连接，走线金属层的走线端与红外信号放大输出端连接；

红外信号放大输入端分别与电阻的第二端、外部的光敏二极管的负极、信号放大电路的第一端连接，红外信号放大输出端与信号放大电路的第二端连接；

光敏二极管的正极与等位线连接，电阻的第一端与参考电压线连接。

本实用新型提供一种红外接收芯片晶圆及其红外接收芯片，通过采用引线金属层、氧化隔离层、走线金属层、寄生电容、寄生二极管、p型衬底和n阱层的红外接收芯片晶圆，当引线金属层的引线端与外部的红外信号放大输入端连接，走线金属层的走线端与外部的红外信号放大输出端连接时，使得原本从红外信号放大输出端经过红外接收芯片晶圆流向红外信号放大输入端的回路被截止，有效降低了寄生电容对红外信号放大输入端的干扰，提高了红外接收芯片检测红外光的灵敏度，解决了现有技术中的红外芯片衬底存在干扰程度高、红外光探测的灵敏度较低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的红外接收芯片晶圆的剖面示意图；

图2是本实用新型实施例提供的红外接收芯片的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的红外接收芯片中信号放大电路的结构示意图。

说明书的附图标记如下：

11、引线金属层；12、走线金属层；13、n阱层；14、氧化隔离层；15、p型衬底；21、信号放大电路；22、信号解调电路；23、信号整形输出电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

如图1所示，本实用新型实施例提供的红外接收芯片晶圆中，包括：引线金属层11、氧化隔离层14、走线金属层12、寄生电容、寄生二极管d0、p型衬底15和n阱层13。

其中，引线金属层11、走线金属层12分别设置于氧化隔离层14的不同区域，n阱层13设置于p型衬底15的氧化隔离层14与p型衬底15的交界处；寄生电容位于氧化隔离层14；引线金属层11的引线端in与外部的红外信号放大输入端连接，走线金属层12的走线端amp_o与外部的红外信号放大输出端连接。

需要注意的是，需要注意的是，外部的红外信号放大输出端(amp_o)和外部的红外信号放大输入端(in)是位于本实施例中红外接收芯片晶圆而言的外部的红外接收芯片中，本实施例中的走线金属层12的走线端amp_o可以视为等同于外部的红外信号放大输出端(amp_o)，引线金属层11的引线端in可以视为等同于外部的红外信号放大输入端(in)，也就是说，走线金属层12的走线端amp_o、红外信号放大输出端(amp_o)、引线金属层11的引线端in、红外信号放大输入端(in)这几个端都不应当仅仅将其视为固定的电路中的某一个点，而应当将其视为满足连接条件的电路中的位置。

其中，寄生电容是引线金属层11、走线金属层12与p型衬底15形成，具体是由于p型衬底为高阻材料，当引线金属层11、走线金属层12有电流经过时，引线金属层11、走线金属层12与p型衬底15就会产生寄生电容。

其中，p型衬底15和n阱层13形成pn结，相当于在p型衬底15和n阱层13的交界界面形成寄生二极管d0，寄生二极管d0的正极处于p型衬底15一侧，寄生二极管d0的负极处于n阱层13一侧，同时寄生二极管d0存在正偏电压。

进一步地，做为本实施例的一种实施方式，寄生二极管d0的正偏电压大于0.7v。

在本实施例中，红外接收芯片晶圆可以应用于红外接收芯片，如图2所示，在走线金属层12的走线端amp_o和引线金属层11的引线端in之间设置有信号放大电路21。当电流从引线金属层11的引线端in流向走线金属层12的走线端amp_o时，信号放大电路21对经过引线金属层11的引线端in的电流或者电压进行放大，同时，走线金属层12的走线端amp_o在寄生电容产生的信号较为微弱，从走线金属层12的走线端amp_o经过红外接收芯片晶圆流向引线金属层11的引线端in的回路被寄生二极管d0截止，有效减少了寄生电容对引线金属层11的引线端in一侧输入至信号放大电路21的干扰，提高了红外接收芯片检测红外光的灵敏度，解决了现有技术中的红外芯片衬底存在干扰程度高、红外光探测的灵敏度较低的问题。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图1所示，寄生电容包括第一寄生电容cnw1和第二寄生电容csub2，第一寄生电容cnw1位于引线金属层11与n阱层13之间，第二寄生电容csub2位于走线金属层12与p型衬底15之间，寄生二极管d0位于p型衬底15和n阱层13的交界面。

其中，引线金属层11与p型衬底15会由于材料本身的性质生成寄生电容，引线金属层12与p型衬底15会由于材料本身的性质生成寄生电容，具体是将引线金属层11与p型衬底15生成的寄生电容视为第一寄生电容cnw1，引线金属层12与p型衬底15生成的寄生电容视为第二寄生电容csub2。

另外，在本实施例中，p型衬底具体可以是红外接收芯片的基板，也就是说，由于p型衬底的存在，红外接收芯片上的各个电路节点都会对p型衬底产生寄生电容。

在本实施例中，为便于方便理解，如图1所示，走线金属层12处的电压对csub2产生影响，使得csub2处产生相对于n阱层的电位差，同时，由于csub2处产生相对于n阱层的电位差较小，不能达到寄生二极管d0的正偏电压，使得从走线金属层12的走线端amp_o经过红外接收芯片晶圆流向引线金属层11的引线端in的回路被寄生二极管d0截止，减少干扰。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图1所示，红外接收芯片晶圆还包括寄生电阻rsub，寄生电阻rsub位于p型衬底15，寄生电阻rsub连接在寄生二极管d0与第二寄生电容csub2之间。

需要注意的是，本实施例中的寄生电阻rsub是由于p型衬底本身具有的材料性质形成，而不是特意在p型衬底上设置一个电阻。在本实施例中，该寄生电阻rsub可以防止寄生二极管d0被击穿，起到分压作用。

如图2所示，本实用新型的另一实施例还提供一种红外接收芯片，其特征在于，包括红外接收芯片晶圆、电阻r和信号放大电路21；

红外接收芯片晶圆包括引线金属层11、氧化隔离层14、走线金属层12、寄生电容、寄生二极管d0、p型衬底15和n阱层13；

引线金属层11、走线金属层12分别设置于氧化隔离层14的不同区域，n阱层13设置于p型衬底15的氧化隔离层14与p型衬底15的交界处；

寄生电容位于氧化隔离层14；

引线金属层11的引线端in与红外信号放大输入端(in)连接，走线金属层12的走线端amp_o与红外信号放大输出端(amp_o)连接；

红外信号放大输入端(in)分别与电阻r的第二端、外部的光敏二极管d1的负极、信号放大电路21的第一端连接，红外信号放大输出端(amp_o)与信号放大电路21的第二端连接；

光敏二极管d1的正极与等位线连接，电阻r的第一端与参考电压线连接。

其中，等位线可以是“零线”。参考电压线可以是外部设置的具有固定电位的线体。

优选地，光敏二极管d1可以为红外光敏二极管。

需要注意的是，本实施例中所描述的“外部的光敏二极管d1”是相对于红外接收芯片而言的“外部”。

其中，当光敏二极管d1受到红外光光线照射时，光敏二极管d1产生电流信号，通过电阻r将电流信号转换为电压信号，通过信号放大电路将该电压信号进行放大，以便于检测，提高对红外光光线探测的灵敏度。

需要注意的是，本实施例中的红外接收芯片晶圆与上一实施例的红外接收芯片晶圆相同，对于该红外接收芯片晶圆的工作描述不再一一赘述。

在本实施例中，通过采用包括红外接收芯片晶圆、电阻r和信号放大电路21的红外接收芯片，使得当电流从引线金属层11的引线端in流向走线金属层12的走线端amp_o时，信号放大电路21对经过引线金属层11的引线端in的电流或者电压进行放大，同时，由于走线金属层12的走线端amp_o在寄生电容产生的信号较为微弱，从走线金属层12的走线端amp_o经过红外接收芯片晶圆流向引线金属层11的引线端in的回路被寄生二极管d0截止，有效减少了寄生电容对引线金属层11的引线端in一侧输入至信号放大电路21的干扰，提高了红外接收芯片检测红外光的灵敏度，解决了现有技术中的红外芯片衬底对信号放大电路干扰程度高、红外光探测的灵敏度较低的问题。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图2所示，电阻r包括可变电阻。当电阻r为可变电阻时，能够根据实际需要控制阻值的大小。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图1所示，寄生电容包括第一寄生电容cnw1和第二寄生电容csub2，第一寄生电容cnw1位于引线金属层11与n阱层13之间，第二寄生电容csub2位于走线金属层12与p型衬底15之间，寄生二极管d0位于p型衬底15和n阱层13的交界面。

由于本实施例中的红外接收芯片晶圆与上一实施例的红外接收芯片晶圆相同，对于该红外接收芯片晶圆的工作描述不再一一赘述。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图1所示，红外接收芯片晶圆还包括寄生电阻rsub，寄生电阻rsub位于p型衬底15，寄生电阻rsub连接在寄生二极管d0与第二寄生电容csub2之间。

由于本实施例中的红外接收芯片晶圆与上一实施例的红外接收芯片晶圆相同，对于该红外接收芯片晶圆的工作描述不再一一赘述。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图3所示，信号放大电路21包括多级运算放大器211，多级运算放大器211的输入端与红外信号放大输入端(in)连接，多级运算放大器211的输出端与红外信号放大输出端(amp_o)连接。

其中，多级运算放大器211可以是由多个运算放大器连接，多个运算放大器可以是依次串联或者并联连接。多个运算放大器可以包括依次连接的第一运算放大器、第二运算放大器……第n运算放大器，需要注意的是，每个运算放大器至少包括两个输入端和一个输出端，将第一运算放大器的两个输入端作为多级运算放大器211的输入端，将第n运算放大器的输出端作为多级运算放大器的输出端211，第一运算放大器的两个输入端分别与参考线、红外信号放大输出端(amp_o)一一对应连接，第n运算放大器的输出端与外部电路连接。

在本实施例中，通过在信号放大电路中采用多级运算放大器211，能够对经过电阻r的电流或者电压进行放大，有利于提高探测红外线的精准度。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图2所示，红外接收芯片还包括信号解调电路22，信号解调电路22的第一端与红外信号放大输出端(amp_o)连接，信号解调电路22的第二端与外部电路连接。

其中，信号解调电路22能够恢复经过所述信号放大电路21放大的信号。在本实施例中，对信号解调电路22的型号、参数不做具体限制。

进一步地，作为本实施例的一种实施方式，如图2所示，红外接收芯片还包括信号整形输出电路23，信号整形输出电路23连接在信号解调电路22与外部电路之间。

其中，信号整形输出电路23用于将经过信号放大电路21放大的信号转换为数字信号，使得后续能够对照射至光敏二极管d1的红外线的强度进行数字化读取和显示。在本实施例中，对信号整形输出电路23的型号、参数不做具体限制。

需要注意的是，本实施例中的信号解调电路22和信号整形输出电路23可以同时使用在同一红外接收芯片中，功能互不干扰。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。