本发明专利技术涉及电子倍增电荷耦合器件的背面结构及其制作方法，背面结构包括EMCCD芯片、电极引出区、光敏区、存储增益区、离子注入区、增透膜和金属屏蔽层，电极引出区设置于EMCCD芯片背面两侧，电极引出区上间隔设有压焊图形，EMCCD芯片背面的光敏区和存储增益区位置在电极引出区之间，光敏区和存储增益区内部都有通过低能离子注入形成的离子注入区，在光敏区表面的增透膜，能够降低驻波效应、减少反射光线；在存储增益区表面的金属屏蔽层，能够防止入射光在存储增益区表面发生透射。本发明专利技术可以用于改善电子倍增电荷耦合器件的光电转换效率，同时还能够降低器件制作成本，并且提高了产品的成品率。
【技术实现步骤摘要】
一种电子倍增电荷耦合器件的背面结构及其制作方法
本专利技术涉及一种电子倍增电荷耦合器件的背面结构及其制作方法，属于电荷耦合器件
技术介绍
电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）经过多年的发展，己经广泛地使用在图像扫描、工业非接触测量、航空航天、天文遥感、军事、医学等诸多领域。电子倍增电荷耦合器件是一种大规模集成光电器件，具有光电转换，电荷存储、电荷转移、电荷测量等功能，还具备高灵敏度、高信噪比、高调制传递函数以及全固态等技术特点，无论在传统的昼用数字影像产业的技术升级改造方面，如X射线数字成像系统、各种高帧频相机等，还是在微光夜视的开发方面，如微光电视、工业监控和深空探测等，以及新兴产业方面，如智慧城市、互联网＋等，作为昼夜通用、轻量可靠的微光成像系统核心器件的电子倍增电荷耦合器件都起到了不可取代的关键的作用。近年来由于工业自动化和数字影像的市场规模迅速扩增，微光探测器的市场需求也急剧增长，得益于电子器件的制作工艺不断升级，电子倍增电荷耦合器件的背面结构的设计与制作日趋成熟，使得背面照射电子倍增电荷耦合器件越来越广泛应用于生产生活与工作中，应用背面照射电子倍增电荷耦合器件为核心器件的数字影像采集以及处理系统在消费电子、医疗、工业监控、航空航天、军事等领域都有大量使用，如地铁交通管理中的监控摄像头，视频会议，摄像机等等。然而，当前国内电子倍增电荷耦合器件的背面结构研究还处在研发阶段，未实现成本和工艺达到合适的平衡。目前主流的背面结构制作方法在磨抛时需要多步调整工艺参数，不仅造成工艺效率低还易导致芯片破裂，需要定制专用的固定夹具，成本较高，而且现有背面制作技术普遍存在光刻图形单一，图形控制精度较为粗略，适用的器件方案较少等问题，不适合电子倍增电荷耦合器件的背面结构的制作。
技术实现思路
本专利技术提供一种电子倍增电荷耦合器件的背面结构及其制作方法，以克服现有技术中存在的上述缺陷，通过使用适合的磨抛工艺和多种选择性刻蚀方法相结合的技术，很好地实现超薄且均匀，电子倍增电荷耦合器件背面厚度减薄，而且，减薄速度快，缺陷较少，采用多步标准的半导体光刻工艺实现电子倍增电荷耦合器件背面结构形貌的构建，既降低了器件的生产成本，又能保证器件的良好性能，有较好的经济效益。电子倍增电荷耦合器件背面结构及其制作方法的技术方案是通过器件背面磨抛腐蚀、低能P型离子注入、激光退火、多层膜溅射刻蚀和电极引出区的光刻腐蚀等工艺步骤实现，在正面结构完成后，使用磨抛结合多种腐蚀工艺对器件背面进行减薄处理，然后对平坦化的背部表面进行低能量P型离子注入，注入完成后采用激光退火进行快速退火，形成离子注入区，接下来淀积增透膜和金属屏蔽层，并进行图形光刻完成光敏区和存储增益区表面形貌，最后通过对多种材料的光刻腐蚀制作出电极引出区，制作成完整的电子倍增电荷耦合器件背面结构。一种电子倍增电荷耦合器件的背面结构，其特征在于：在EMCCD芯片(1)的背面设有电极引出区(2)、光敏区(3)、存储增益区(4)、离子注入区(5)、增透膜(6)和金属屏蔽层(7)，电极引出区(2)、光敏区(3)、存储增益区(4)相邻形成于EMCCD芯片(1)的背面硅体内部，通过低能离子注入在光敏区(3)和存储增益区(4)内部形成离子注入区(5)，在光敏区(3)表面敷有增透膜(6)，存储增益区(4)表面设有增透膜(6)和金属屏蔽层(7)。其中，所述电子倍增电荷耦合器件芯片背面电极引出区、光敏区以及其上面的增透膜、存储增益区和其上面增透膜和金属屏蔽层依次相邻形成三级台阶形貌。所述电子倍增电荷耦合器件芯片背面存储增益区和其上面增透膜和金属屏蔽层、电极引出区依次相邻形成二级台阶形貌。光敏区(3)和增透膜(6)形成的第二级台阶与电极引出区(2)形成的第一级台阶之间的侧壁与第一级台阶表面夹角α在90°～150°，存储增益区(4)上面的金属屏蔽层(7)形成的第三级台阶与光敏区(3)和增透膜(6)形成的第二级台阶之间的侧壁与第二级台阶表面夹角β在90°～150°。存储增益区(4)和上方的增透膜(6)、金属屏蔽层(7)形成的第二级台阶与电极引出区(2)形成的第一级台阶之间的侧壁与第二级台阶表面夹角γ在90～150°。电极引出区(2)厚度h0在0.5～10μm。电极引出区(2)形成的第一级台阶与光敏区(3)和增透膜(6)形成的第二级台阶之间的侧墙高度h1在10～30μm。光敏区(3)和增透膜(6)形成的第二级台阶与存储增益区(4)上方的金属屏蔽层(7)形成的第三级台阶之间的侧墙高度h2在0.5～5μm。所述背面结构中的离子注入区的深度d0在0.1～2μm。所述背面结构中的增透膜的厚度d1在0.01～1μm所述背面结构中的金属屏蔽层的厚度d2在0.5～5μm。所述的EMCCD芯片背面结构的制作方法是在EMCCD芯片正面工艺进行完成之后，按以下步骤进行:1)将EMCCD芯片(1)背面经过机械研磨、湿法腐蚀和化学机械抛光工艺相结合使背面减薄至10～50μm；2)在已经减薄的EMCCD芯片(1)背面经过低能离子注入，注入P型离子，在EMCCD芯片背面硅体内部形成离子注入区(5)；3)对离子注入区(5)进行激光退火处理，通过快速退火修复晶格损伤；4)在EMCCD芯片(1)背部通过淀积蒸镀一层增透膜(6)；5)在增透膜(6)上面采用溅射淀积一层金属屏蔽层(7)；6)光刻腐蚀金属屏蔽层(7)，实现掩膜图形的转移，刻蚀截止层为增透膜(6)层，形成存储增益区(4)表面的金属屏蔽层(7)；7)采用光刻腐蚀增透膜(6)，在光敏区(3)的表面建立图形，刻蚀截止层为离子注入区(5)，形成光敏区(3)表面的增透膜(6)层；8)采用感应耦合等离子体刻蚀并且结合湿法刻蚀和/或干法刻蚀，在EMCCD芯片(1)背部制作出电极引出区(2)。本专利技术在EMCCD芯片背面采用磨抛减薄、湿法腐蚀、干法刻蚀、化学机械抛光等多步工艺形成了台阶形貌结构，台阶的侧墙不是垂直，侧墙与水平面成一定夹角，本专利技术应用多步工艺方法能够有效的控制减薄的均匀性，可以实现背面硅体均匀有效的去除，降低EMCCD芯片内部产生的应力作用，不易发生芯片破裂，并且能够降低背部表面的损伤。本专利技术通过离子注入区，在光敏区和存贮增益区内部的形成内建电场，内建电场的电势差驱动由于入射光背面入射硅体产生的光生电子，使得光生电子有效的转移到EMCCD器件的积分势阱，有利于提高EMCCD器件的光响应时间，保证了器件光响应时间和器件光生载流子吸收率之间更好的折衷。本专利技术提供了一种EMCCD芯片背面结构及其制作方法，在EMCCD芯片正面结构制作完成后，用机械磨抛，在磨抛过程中通过选择合适磨抛材料、磨抛垫和磨抛速率将EMCCD芯片减薄至目标厚度，目标厚度设定是20μm，使用机械磨抛减薄到这样目标厚度，能降低EMCCD芯片的碎裂概率，然后通过使用慢速低发热腐蚀液，并且配合现有技术中的高精密温控仪器进行腐蚀速率和腐蚀精度可控的湿法腐蚀，这种腐蚀方法不仅具有选择性，还能够增加EMCCD芯片背部腐蚀精确度，而且这种腐蚀方法还能够尽量减小腐蚀液EMCCD芯片背部表面的污染。然后，继续使用感应耦合等离子ICP干法刻蚀技术对EMCCD芯片背面进行刻蚀操作，由于ICP刻蚀具有可控性好和均匀一致性高的等特点，能够本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电子倍增电荷耦合器件的背面结构，其特征在于：在EMCCD芯片(1)的背面设有电极引出区(2)、光敏区(3)、存储增益区(4)、离子注入区(5)、增透膜(6)和金属屏蔽层(7)，电极引出区(2)、光敏区(3)、存储增益区(4)相邻形成于EMCCD芯片(1)的背面硅体内部，通过低能离子注入在光敏区(3)和存储增益区(4)内部形成离子注入区(5)，在光敏区(3)表面敷有增透膜(6)，存储增益区(4)表面设有增透膜(6)和金属屏蔽层(7)。
【技术特征摘要】
1.一种电子倍增电荷耦合器件的背面结构，其特征在于：在EMCCD芯片(1)的背面设有电极引出区(2)、光敏区(3)、存储增益区(4)、离子注入区(5)、增透膜(6)和金属屏蔽层(7)，电极引出区(2)、光敏区(3)、存储增益区(4)相邻形成于EMCCD芯片(1)的背面硅体内部，通过低能离子注入在光敏区(3)和存储增益区(4)内部形成离子注入区(5)，在光敏区(3)表面敷有增透膜(6)，存储增益区(4)表面设有增透膜(6)和金属屏蔽层(7)。2.根据权利要求1所述的电子倍增电荷耦合器件的背面结构，其特征在于:EMCCD芯片(1)背面上的电极引出区(2)、光敏区(3)、增透膜(6)及金属屏蔽层(7)依次相邻时形成三级台阶形貌，其中，电极引出区(2)在EMCCD芯片(1)背面上形成第一级台阶，光敏区(3)和增透膜(6)在EMCCD芯片(1)背面上形成第二级台阶，金属屏蔽层(7)在EMCCD芯片(1)背面上形成第三级台阶。3.根据权利要求1所述的电子倍增电荷耦合器件的背面结构，其特征在于:EMCCD芯片(1)背面上的电极引出区(2)、存储增益区(4)、增透膜(6)和金属屏蔽层(7)依次相邻时形成二级台阶形貌，其中，电极引出区(2)在EMCCD芯片(1)背面上形成第一级台阶，存储增益区(4)、增透膜(6)和金属屏蔽层(7)在EMCCD芯片(1)背面上形成第二级台阶。4.根据权利要求1或2所述的电子倍增电荷耦合器件的背面结构，其特征在于:光敏区(3)和增透膜(6)形成的第二级台阶与电极引出区(2)形成的第一级台阶之间的侧壁与第一级台阶表面夹角α在90°～150°，存储增益区(4)上面的金属屏蔽层(7)形成的第三级台阶与光敏区(3)和增透膜(6)形成的第二级台阶之间的侧壁与第二级台阶表面夹角β在90°～150°。5.根据权利要求1或3所述的电子倍增电荷耦合器件的背面结构，其特征在于:存储增益区(4)和上方的增透膜(6)、金属屏蔽层(7)形成的第二级台阶与电极引...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆飞，陈计学，赵建强，朱小燕，赵绢，
申请(专利权)人：北方电子研究院安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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