[發明專利]一種電子倍增電荷耦合器件的背面結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201710186796.8
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106847852A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 劉慶飛;陳計學;趙建強;朱小燕;趙絹
• 申請（專利權）人: 北方電子研究院安徽有限公司
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 耿英,董建林

技術領域

本發明涉及一種電子倍增電荷耦合器件的背面結構及其制作方法，屬于電荷耦合器件技術領域。

背景技術

電子倍增電荷耦合器件（EMCCD）經過多年的發展，己經廣泛地使用在圖像掃描、工業非接觸測量、航空航天、天文遙感、軍事、醫學等諸多領域。電子倍增電荷耦合器件是一種大規模集成光電器件，具有光電轉換，電荷存儲、電荷轉移、電荷測量等功能，還具備高靈敏度、高信噪比、高調制傳遞函數以及全固態等技術特點，無論在傳統的晝用數字影像產業的技術升級改造方面，如X射線數字成像系統、各種高幀頻相機等，還是在微光夜視的開發方面，如微光電視、工業監控和深空探測等，以及新興產業方面，如智慧城市、互聯網＋等，作為晝夜通用、輕量可靠的微光成像系統核心器件的電子倍增電荷耦合器件都起到了不可取代的關鍵的作用。

近年來由于工業自動化和數字影像的市場規模迅速擴增，微光探測器的市場需求也急劇增長，得益于電子器件的制作工藝不斷升級，電子倍增電荷耦合器件的背面結構的設計與制作日趨成熟，使得背面照射電子倍增電荷耦合器件越來越廣泛應用于生產生活與工作中，應用背面照射電子倍增電荷耦合器件為核心器件的數字影像采集以及處理系統在消費電子、醫療、工業監控、航空航天、軍事等領域都有大量使用，如地鐵交通管理中的監控攝像頭，視頻會議，攝像機等等。然而，當前國內電子倍增電荷耦合器件的背面結構研究還處在研發階段，未實現成本和工藝達到合適的平衡。目前主流的背面結構制作方法在磨拋時需要多步調整工藝參數，不僅造成工藝效率低還易導致芯片破裂，需要定制專用的固定夾具，成本較高，而且現有背面制作技術普遍存在光刻圖形單一，圖形控制精度較為粗略，適用的器件方案較少等問題，不適合電子倍增電荷耦合器件的背面結構的制作。

發明內容

本發明提供一種電子倍增電荷耦合器件的背面結構及其制作方法，以克服現有技術中存在的上述缺陷，通過使用適合的磨拋工藝和多種選擇性刻蝕方法相結合的技術，很好地實現超薄且均勻，電子倍增電荷耦合器件背面厚度減薄，而且，減薄速度快，缺陷較少，采用多步標準的半導體光刻工藝實現電子倍增電荷耦合器件背面結構形貌的構建，既降低了器件的生產成本，又能保證器件的良好性能，有較好的經濟效益。

電子倍增電荷耦合器件背面結構及其制作方法的技術方案是通過器件背面磨拋腐蝕、低能P型離子注入、激光退火、多層膜濺射刻蝕和電極引出區的光刻腐蝕等工藝步驟實現，在正面結構完成后，使用磨拋結合多種腐蝕工藝對器件背面進行減薄處理，然后對平坦化的背部表面進行低能量P型離子注入，注入完成后采用激光退火進行快速退火，形成離子注入區，接下來淀積增透膜和金屬屏蔽層，并進行圖形光刻完成光敏區和存儲增益區表面形貌，最后通過對多種材料的光刻腐蝕制作出電極引出區，制作成完整的電子倍增電荷耦合器件背面結構。

一種電子倍增電荷耦合器件的背面結構，其特征在于：在EMCCD芯片(1)的背面設有電極引出區(2)、光敏區(3)、存儲增益區(4)、離子注入區(5)、增透膜(6)和金屬屏蔽層(7)，電極引出區(2)、光敏區(3)、存儲增益區(4)相鄰形成于EMCCD芯片(1)的背面硅體內部，通過低能離子注入在光敏區(3)和存儲增益區(4)內部形成離子注入區(5)，在光敏區(3)表面敷有增透膜(6)，存儲增益區(4)表面設有增透膜(6)和金屬屏蔽層(7)。

其中，所述電子倍增電荷耦合器件芯片背面電極引出區、光敏區以及其上面的增透膜、存儲增益區和其上面增透膜和金屬屏蔽層依次相鄰形成三級臺階形貌。

所述電子倍增電荷耦合器件芯片背面存儲增益區和其上面增透膜和金屬屏蔽層、電極引出區依次相鄰形成二級臺階形貌。

光敏區(3) 和增透膜(6)形成的第二級臺階與電極引出區(2)形成的第一級臺階之間的側壁與第一級臺階表面夾角α在90°～150°，存儲增益區(4)上面的金屬屏蔽層(7)形成的第三級臺階與光敏區(3)和增透膜(6)形成的第二級臺階之間的側壁與第二級臺階表面夾角β在90°～150°。

存儲增益區(4) 和上方的增透膜(6)、金屬屏蔽層(7)形成的第二級臺階與電極引出區(2)形成的第一級臺階之間的側壁與第二級臺階表面夾角γ在90～150°。

電極引出區(2)厚度h0在0.5～10μm。

電極引出區(2)形成的第一級臺階與光敏區(3) 和增透膜(6)形成的第二級臺階之間的側墻高度h1在10～30μm。

光敏區(3) 和增透膜(6)形成的第二級臺階與存儲增益區(4)上方的金屬屏蔽層(7)形成的第三級臺階之間的側墻高度h2在0.5～5μm。