激光退火在背照式CCD图像传感器中的应用研究

激光退火是消除背照式电荷耦合器件(CCD)图像传感器背面势阱的重要工艺。文章研究了激光退火工艺中不同的激光波长、能量密度、光斑交叠率对掺杂杂质激活效率、器件表面形貌、成像质量及紫外量子效率的影响。研究结果表明,在浅结注入的情况下,355 nm波长激光激活效率要优于532 nm激光,但是355 nm激光比532 nm激光更易在较低能量密度时使硅片出现龟裂现象。采用2 J/cm^(2)能量密度、50%~65%交叠率,355 nm激光能有效激活离子注入的硼离子,背照式CCD图像传感器成像均匀性好,紫外量子效率明显提升。

CCD纵向溢出漏结构工艺仿真与实现

传统的电荷耦合器件(CCD)处于强光环境时,会产生光晕现象;纵向溢出漏结构的出现,满足了CCD在强光环境下的使用要求。通过对CCD的纵向溢出漏结构及其电势进行分析,发现抗晕势垒是纵向溢出漏结构能否实现抗晕功能的关键,决定了抗晕能力的强弱,而抗晕势垒受p阱注入剂量、埋沟注入剂量的影响。通过工艺仿真,确定了纵向溢出漏结构的p阱、埋沟工艺条件,根据仿真结果制造的纵向抗晕CCD抗晕能力大于100倍。

CCD表面暗电流特性研究

针对电荷耦合器件表面暗电流的温度特性和辐照特性进行了研究。研究结果表明,在不同温度下,表面暗电流不仅是CCD总暗电流的主要来源,且是CCD暗电流非均匀性的主要影响因素;CCD栅介质的硅-二氧化硅界面态密度随辐照剂量的增加而增加,导致CCD表面暗电流显著增加,是CCD经辐照后暗电流变大的主要影响因素。

CCD MPP结构制作工艺技术研究

在1024×1024可见光电荷耦合器件(CCD)的基础上增加了MPP(Multi-Pinned Phase)结构设计和工艺制作。制得的1024×1024可见光MPP CCD实现了MPP功能,有效抑制了CCD表面暗电流的产生。当MPP注入剂量为(6±2)×1011cm-2时,其暗电流密度下降了2/3,满阱电荷下降了1/2。

MPP CCD扩散暗电流温度特性分析

研究了MPP CCD扩散暗电流的温度特性,分析了扩散暗电流在不同温度下对器件总暗电流的贡献和不同处理方式对评估器件高温暗电流的影响,并对此进行了实验验证。结果表明,扩散暗电流在高温下对器件总暗电流的影响很大,占据支配地位,是器件高温暗电流的主要来源。提出了两种优化方法,以降低扩散暗电流对器件高温暗电流的影响,提高MPP CCD的高温环境工作能力。

MPP CCD暗电流温度特性研究

研究了MPP电荷耦合器件(CCD)暗电流和暗电流非均匀性的温度特性,并与非MPP CCD的暗电流和暗电流非均匀性的温度特性进行了对比分析。研究结果表明,MPP CCD抑制了表面暗电流,相较于非MPP CCD具有较低的暗电流和暗电流非均匀性,可以承受更高的工作温度。

工艺过程对MPP CCD暗电流的影响研究

采用测试硅材料少子寿命的方法评价了MPPCCD制作工艺中各工艺过程对器件暗电流的影响，然后对CCD的工艺过程进行了优化，并将优化后的工艺过程应用到了1024×1024可见光MPPCCD的工艺制作中。采用优化后的工艺制作的器件暗电流比优化工艺前的下降了50％，典型值为20～30pA／cm2。

减少硅片湿法清洗工艺铁离子沾污研究

为了研制出高性能电荷耦合器件(CCD),减少硅片清洗工艺Fe离子沾污是关键。利用表面光电压(SPV)法,研究了硅片清洗过程的Fe离子沾污。研究表明,SPM(H2SO4/H2O2)→SC-1清洗,去除Fe离子污染的效果比较差;用SPM→SC-1→SC-2清洗,去除Fe离子杂质的效果较好,Fe离子污染减少了2个数量级。增加SC-1和SC-2清洗次数可以减少Fe离子沾污,但效果不明显。当化学试剂中金属杂质含量由1×10-8 cm-3减少到1×10-9 cm-3,清洗工艺Fe离子沾污减少到8.0×1010 cm-3。

γ辐照对1024×1152可见光CCD的影响研究

通过对不同剂量γ辐照前后CCD的暗电流、转移效率、饱和输出电压等参数变化的分析,发现辐照后器件暗电流的增加主要是辐照后栅氧化层中产生的感生界面态电荷和场氧化层中产生大量的复合中心引起;转移效率下降主要是辐照后栅氧化层中产生的界面态俘获转移电荷所致;器件辐照后暗电流的增加将降低器件的有效信号输出幅度。

消除CCD不良背景的工艺研究

对电荷耦合器件(CCD)交流成像中存在的背景发白、亮条、亮点、拖影和固定图像噪声等不良背景进行了分析,并提出了调整栅介质生长方法、本征吸杂、低温退火等消除不良背景的具体工艺方法,获得了高质量的CCD器件。测试结果表明,其交流成像中的不良背景得到了有效控制。

823×592元内线转移CCD图像传感器

采用三层多晶硅、埋沟、双层金属工艺研制了1/2英寸823×592、8.3μm×8.3μm内线转移CCD,该器件设计制作了纵向抗晕结构,实现了内线转移器件光晕抑制。该器件水平驱动频率可达30MHz,峰值响应波长位于550nm,动态范围62.6dB。

采用不同反应气源制备的Si_3N_4薄膜的特性比较

采用低压化学气相淀积系统,分别采用硅烷和二氯二氢硅作为反应气体源与氨气反应,制备了S3N4薄膜,并对其特性进行了比较。实验结果表明,采用二氯二氢硅源与氨气反应制备的薄膜特性优于另一种气源。讨论了使用硅烷和二氯二氢硅源分别制备Si3N4薄膜的优缺点。

颗粒对CCD光刻图形完整性的影响分析

分析了薄膜淀积工艺、光刻工艺和刻蚀工艺过程中引入的颗粒对光刻图形完整性的影响。采用三相三次多晶硅工艺,光刻制备沟阻或多晶硅时,颗粒阻碍曝光和刻蚀,引起沟阻或多晶硅连条,使CCD的像元划分和信号电子的定向转移遭受破坏,降低器件成品率。

基于湿法腐蚀工艺的高性能黑硅光电探测器

采用基于硝酸/氢氟酸/磷酸/硫酸混合液的湿法腐蚀工艺,实现了高吸收效率的黑硅结构的制备与工艺集成,获得了具有近红外响应增强效果的黑硅PIN光电探测器,并与未集成黑硅的PIN光电探测器的性能参数进行了对比测试。测试结果显示,黑硅光电探测器在1 060nm波长下的响应度达到0.69A/W(量子效率80.7%),较未集成黑硅的器件提高了116%;黑硅探测器暗电流小于8nA,响应时间小于8ns,电容小于9pF,与未集成黑硅的器件相当。得益于工艺兼容性,所采用的黑硅技术具有广泛应用于硅基近红外PIN,APD,SPAD,SPM等光电探测器的潜力,可显著提高器件的响应率、量子效率、响应速度、击穿电压温度系数等性能。

硅基线性模式APD焦平面研制

针对三维激光雷达的应用场景对雪崩光电二极管(APD)焦平面的性能要求,研究并制备了一种2×128硅基线性模式APD焦平面组件,它由硅基APD焦平面阵列、读出电路和制冷封装管壳组成。APD像元采用拉通型结构,通过大尺寸微透镜实现了高填充因子,通过隔离环掺杂实现了串扰抑制。通过离子注入工艺实现了击穿电压和响应电流的均匀性。设计大带宽低噪声跨阻放大电路、高精度计时电路,实现了窄脉宽、高灵敏度探测。采用气密性封装,实现了APD焦平面制冷一体化封装,制冷温差在40 K以上。测试结果表明,焦平面的探测阈值光功率可达3.24 nW,响应非均匀性为3.8%,串扰为0.14%,最小时间分辨率可达0.25 ns,实现了强度信息与时间信息同时输出的功能。

CCD热工艺过程的硅片翘曲优化研究

针对光刻线宽均匀性控制问题,研究了硅片翘曲度对光刻线宽均匀性的影响。采用翘曲度测试仪研究热工艺过程中硅片翘曲度的变化。研究结果表明,硅片翘曲度对线宽均匀性产生重要的影响,翘曲度大,则线宽均匀性降低。通过优化栅氧化工艺的升降温速率、进出炉速率,使硅片翘曲度降低,线宽非均匀性由±4%降低到±2%。

CCD光刻图形缺陷的形成及消除措施

描述了CCD光刻过程中出现的常见缺陷及其分类。对光刻过程中缺陷产生的原因进行了分析,找出工艺设置和工艺操作过程中容易出现的问题;并针对各类缺陷,提出了相应的解决措施,以达到消除缺陷的目的,使工艺能力得到提升。

CCD制作中的PCM测试图形

针对CCD的结构和制作工艺特点,设计出适合CCD的过程控制监控(PCM)测试图形,通过对光刻分辨率、套刻精度、薄膜电容、孔电阻等进行监测,稳定了CCD的工艺水平,提高了CCD的良品率。

低损耗硅波导刻蚀技术研究

阐述采用HBr和HeO2混合气体,开展了低损耗硅波导刻蚀工艺研究。通过调节混合气体配比、腔室压力、射频源功率和偏压功率等对比实验,探索各工艺参数对硅波导刻蚀形貌的影响并优化了工艺条件。在该工艺条件下制做出了插损小于0.3 dB/cm、侧壁粗糙度小于22nm的硅波导。

硅背面减薄技术及其在光电探测器中的应用

对硅片背面减薄技术进行了介绍,阐述主流硅片减薄技术以及去除损伤层工艺方法。另外,结合集成电路发展趋势指出实现硅片大尺寸与薄型化减薄加工是减薄技术的发展趋势,实现方式包括联机化操作系统、TAIKO、DBG、键合减薄等,介绍背面减薄技术在TSV-3D封装、曲面CCD制作以及背面照射器件制备中的应用。