[發(fā)明專利]一種背照式EMCCD背面結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011026600.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN112271187B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建強(qiáng);張偉;丁繼洪;陳潔;劉中夢(mèng)雪;劉慶飛;陳計(jì)學(xué)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東光電集成器件研究所
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H01L27/148
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 34113
• 代理人: 楊晉弘

本發(fā)明涉及一種背照式EMCCD背面結(jié)構(gòu)及其制作方法，高阻外延硅層（8）背面設(shè)有P+層（13），并蒸鍍一層增透膜（14）；在P+層（13）上制有硼離子注入的P+電極接觸區(qū)（15b），EMCCD背面設(shè)有金屬化電極（16），金屬化電極與P+電極接觸區(qū)接觸；增透膜、P+層、高阻外延硅層的兩側(cè)，露出EMCCD正面金屬引線電極（6）。本發(fā)明制作的金屬化電極與P+電極接觸區(qū)形成金屬化歐姆接觸電極，在EMCCD存儲(chǔ)區(qū)、水平移位寄存器及倍增寄存器背面引入低阻通道，解決了背照式EMCCD低阻襯底去除后，毫米級(jí)面陣MOS單元在正面多晶硅柵電極時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下電荷轉(zhuǎn)移效率降低的問(wèn)題，從而提高器件探測(cè)靈敏度，同時(shí)工藝易于實(shí)現(xiàn)，兼容性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種背照式EMCCD背面結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于電荷耦合器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

EMCCD（Electron Multiply Charge Coupled Device）是一種通過(guò)電荷倍增提升夜視探測(cè)能力的全固態(tài)微光成像器件，是探測(cè)領(lǐng)域內(nèi)靈敏度極高的一種高端光電探測(cè)產(chǎn)品。EMCCD具有低噪聲、高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍、高量子效率等特點(diǎn)，在微光夜視中具有極大優(yōu)勢(shì)。

背照式EMCCD由于光從芯片背面入射，并通過(guò)對(duì)芯片襯底厚度及背表面做工藝處理，減小了前照式芯片表面半透明多晶硅電極吸收與反射的影響，可以提高EMCCD器件光譜響應(yīng)范圍和量子效率，峰值可達(dá)到90%以上。因此在高性能EMCCD產(chǎn)品中，普遍采用背照式結(jié)構(gòu)，同時(shí)背照技術(shù)也已用于CMOS圖像傳感器的制備。

背照式EMCCD為了提高端波段光量子轉(zhuǎn)換效率，需要將背面高濃度襯底硅去除，留下低摻雜硅層。背面襯底去除后，由于器件面陣大（毫米級(jí)），電荷在柵電極時(shí)鐘信號(hào)耦合下，延遲升高，電荷轉(zhuǎn)移效率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種背照式EMCCD背面結(jié)構(gòu)及其制作方法，以克服EMCCD背照工藝中去除重?fù)诫s襯底硅引起的電荷轉(zhuǎn)移效率降低問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種背照式EMCCD背面結(jié)構(gòu)，包括現(xiàn)有的EMCCD前照結(jié)構(gòu)，主要由以下部分組成：高阻外延硅層的前面設(shè)有光敏區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、水平移位寄存器、倍增區(qū)及輸出放大區(qū)、正面P+接觸區(qū)、正面金屬引線電極以及鋁避光層，EMCCD前照表面設(shè)有二氧化硅氧化層，其特征在于：

高阻外延硅層背面設(shè)有P+層，厚度50nm~200nm；

P+層背面蒸鍍一層增透膜；

在P+層上面制有硼離子注入的P+電極接觸區(qū)，P+電極接觸區(qū)覆蓋存儲(chǔ)區(qū)、水平移位寄存器、倍增寄存器及輸出放大器；

在EMCCD背面設(shè)有金屬化電極，金屬化電極與P+電極接觸區(qū)接觸并覆蓋P+接觸層；

增透膜、P+層、高阻外延硅層的兩側(cè)，露出EMCCD正面金屬引線電極。

本發(fā)明還提供了一種背照式EMCCD背面結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

1）制作完成前照工藝的EMCCD前照晶圓，包括：低阻襯底硅層，低阻襯底硅層上面設(shè)有高阻外延硅層，高阻外延硅層上面設(shè)有光敏區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、水平移位寄存器、倍增區(qū)及輸出放大區(qū)、正面P+接觸區(qū)及正面金屬引線電極，還設(shè)有鋁避光層并覆蓋存儲(chǔ)區(qū)、水平移位寄存器、倍增區(qū)及輸出放大區(qū)；

2）將EMCCD前照晶圓片正面進(jìn)行表面介質(zhì)平坦化，通過(guò)二氧化硅淀積氧化層，厚度4μm~6μm；

3）在EMCCD前照晶圓片氧化層表面旋涂聚合物層（例BCB、PI），聚合物層通過(guò)晶圓鍵合工藝鍵合一層鍵合基片（例硅片、石英片），鍵合基片作為減薄的支撐片；

4）對(duì)EMCCD前照?qǐng)A片背面通過(guò)減薄去除低阻層，剩余高阻外延硅層厚度10μm~20μm；