[发明专利]一种背照式EMCCD背面结构及其制作方法

权利要求书

1.一种背照式EMCCD背面结构，包括现有的EMCCD前照结构，主要由以下部分组成：高阻外延硅层（8）的前面设有光敏区（1）、存储区（2）、水平移位寄存器（3）、倍增区及输出放大区（4）、正面P+接触区（5）、正面金属引线电极（6）以及铝避光层（7），EMCCD前照表面设有二氧化硅氧化层（10），其特征在于：

高阻外延硅层（8）背面设有P+层（13），厚度50nm~200nm；

P+层（13）背面蒸镀一层增透膜（14）；

在P+层（13）上面制有硼离子注入的P+电极接触区（15b），P+电极接触区（15b）覆盖存储区（2）、水平移位寄存器（3）、倍增寄存器（4）及输出放大器；

在EMCCD背面设有金属化电极（16），金属化电极与P+电极接触区（15b）接触并覆盖P+接触层（15b）；

增透膜（14）、P+层（13）、高阻外延硅层（8）的两侧，露出EMCCD正面金属引线电极（6）。

2.实现权利要求1所述的一种背照式EMCCD背面结构的制作方法，包括以下步骤：

1）制作完成前照工艺的EMCCD前照晶圆，包括：低阻衬底硅层（9），低阻衬底硅层（9）上面设有高阻外延硅层（8），高阻外延硅层（8）上面设有光敏区（1）、存储区（2）、水平移位寄存器（3）、倍增区及输出放大区（4）、正面P+接触区（5）及正面金属引线电极（6），还设有铝避光层（7）并覆盖存储区（2）、水平移位寄存器（3）、倍增区及输出放大区（4）；

2）将EMCCD前照晶圆片正面进行表面介质平坦化，通过二氧化硅淀积氧化层（10），厚度4μm~6μm；

3）在EMCCD前照晶圆片氧化层（10）表面旋涂聚合物层（11），聚合物层（11）通过晶圆键合工艺键合一层键合基片（12），键合基片作为减薄的支撑片；

4）对EMCCD前照圆片背面通过减薄去除低阻层（9），剩余高阻外延硅层（8）厚度10μm~20μm；

5）高阻外延硅层（8）的背面采用低能离子注硼，能量0.2KeV~10KeV,剂量1E14~1E15，之后采用激光退火工艺，在EMCCD背面形成P+层（13），厚度50nm~200nm；

6）在EMCCD背面的P+层（13）上面蒸镀一层增透膜（14），材料为二氧化铪、二氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝中的一种或其组合；

7）增透膜（14）上光刻金属化电极接触区窗口（15a），该窗口刻蚀去除增透膜至P+层（13），所述电极接触区窗口覆盖存储区、水平移位寄存器、倍增寄存器、输出放大器这些区域，在光敏区与存储区交界区，接触区边界距离光敏区像素单元10微米~100微米；

8）电极接触区窗口（15a）中，用低能大束流离子注入硼形成P+电极接触（15b），P+电极接触区（15b）深入至高阻硅层8，注入能量10KeV~80KeV，注入剂量1E14~5E15；

9）对P+电极接触区（15b）进行局部激光退火，使P+电极接触区（15b）的结深至0.15μm~2μm；

10）在EMCCD背面增透膜（14）上蒸镀一层金属铝屏蔽层（16a），厚度0.2μm~1μm；

11）光刻刻蚀金属铝屏蔽层（16a），形成的背面金属化电极（16）与P+电极接触区（15b）接触，背面金属电极（16）在宽度上覆盖P+电极接触区（15b）并超过 10μm~100μm；

12）光刻刻蚀两侧的增透膜（14）、P+区（13）、高阻外延硅层（8），释放EMCCD正面金属引线电极（6）；

13）通过低温H₂、N₂或者二者混合气体退火，温度150℃~450℃，时间30min~120min，、修复工艺过程中的损伤，同时增加背面金属电极（16）与P+电极接触区（15b）的欧姆接触特性。