[发明专利]一种背照式EMCCD背面结构及其制作方法

说明书

本发明涉及一种背照式EMCCD背面结构及其制作方法，高阻外延硅层（8）背面设有P+层（13），并蒸镀一层增透膜（14）；在P+层（13）上制有硼离子注入的P+电极接触区（15b），EMCCD背面设有金属化电极（16），金属化电极与P+电极接触区接触；增透膜、P+层、高阻外延硅层的两侧，露出EMCCD正面金属引线电极（6）。本发明制作的金属化电极与P+电极接触区形成金属化欧姆接触电极，在EMCCD存储区、水平移位寄存器及倍增寄存器背面引入低阻通道，解决了背照式EMCCD低阻衬底去除后，毫米级面阵MOS单元在正面多晶硅栅电极时钟脉冲驱动下电荷转移效率降低的问题，从而提高器件探测灵敏度，同时工艺易于实现，兼容性高。

技术领域

本发明涉及一种背照式EMCCD背面结构及其制作方法，属于电荷耦合器件技术领域。

背景技术

EMCCD（Electron Multiply Charge Coupled Device）是一种通过电荷倍增提升夜视探测能力的全固态微光成像器件，是探测领域内灵敏度极高的一种高端光电探测产品。EMCCD具有低噪声、高灵敏度、高动态范围、高量子效率等特点，在微光夜视中具有极大优势。

背照式EMCCD由于光从芯片背面入射，并通过对芯片衬底厚度及背表面做工艺处理，减小了前照式芯片表面半透明多晶硅电极吸收与反射的影响，可以提高EMCCD器件光谱响应范围和量子效率，峰值可达到90%以上。因此在高性能EMCCD产品中，普遍采用背照式结构，同时背照技术也已用于CMOS图像传感器的制备。

背照式EMCCD为了提高端波段光量子转换效率，需要将背面高浓度衬底硅去除，留下低掺杂硅层。背面衬底去除后，由于器件面阵大（毫米级），电荷在栅电极时钟信号耦合下，延迟升高，电荷转移效率降低。

发明内容

本发明提供一种背照式EMCCD背面结构及其制作方法，以克服EMCCD背照工艺中去除重掺杂衬底硅引起的电荷转移效率降低问题。

本发明采用的技术方案如下：

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：高阻外延硅层的前面设有光敏区、存储区、水平移位寄存器、倍增区及输出放大区、正面P+接触区、正面金属引线电极以及铝避光层，EMCCD前照表面设有二氧化硅氧化层，其特征在于：

高阻外延硅层背面设有P+层，厚度50nm~200nm；

P+层背面蒸镀一层增透膜；

在P+层上面制有硼离子注入的P+电极接触区，P+电极接触区覆盖存储区、水平移位寄存器、倍增寄存器及输出放大器；

在EMCCD背面设有金属化电极，金属化电极与P+电极接触区接触并覆盖P+接触层；

增透膜、P+层、高阻外延硅层的两侧，露出EMCCD正面金属引线电极。

本发明还提供了一种背照式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，低阻衬底硅层上面设有高阻外延硅层，高阻外延硅层上面设有光敏区、存储区、水平移位寄存器、倍增区及输出放大区、正面P+接触区及正面金属引线电极，还设有铝避光层并覆盖存储区、水平移位寄存器、倍增区及输出放大区；

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，厚度4μm~6μm；

3）在EMCCD前照晶圆片氧化层表面旋涂聚合物层（例BCB、PI），聚合物层通过晶圆键合工艺键合一层键合基片（例硅片、石英片），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，剩余高阻外延硅层厚度10μm~20μm；