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, 355nm波长激光激活效率要优于532nm激光, 但是355nm激光比532nm激光更易在较低能量密度时使硅片出现龟裂现象。采用2J/cm2能量密度、50%~65%交叠率, 355nm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。
激光退火 电荷耦合器件 图像传感器 背照 laser annealing charge-coupled device image sensor backside-illuminated
设计并研制了一种四谱段时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)图像传感器，器件将四个TDICCD集成在同一芯片上，通过在光窗对应位置上镀不同的窄带滤光膜实现多谱段分光。该TDICCD图像传感器的像元尺寸为28μm×28μm，水平寄存器的有效像元数为3072元，行频为10kHz，电荷转移效率高达0.99999，饱和输出电压为2650mV，抗弥散能力大于等于100倍，动态范围为7143∶1。
时间延迟积分 四谱段 电荷耦合器件 图像传感器 time delay integration four spectral CCD image sensor
PCM(Process Control Monitor)是一种反映生产线工艺状况的质量监控技术。文章围绕影响电荷耦合器件(CCD)工艺中PCM测试结果的工艺因素展开研究, 并对PCM测试结果进行统计分析, 以达到测试结果用于工艺改进的目的, 并最终获取最佳工艺条件。结果表明: 低压化学气相沉积(LPCVD)温度为700℃、膜厚为580nm时的方块电阻为18Ω/□; 孔工艺采用干法刻蚀CF4流量为15cm3/min、CHF3流量为45cm3/min下的接触电阻为7Ω; 栅下埋沟注入磷离子能量为250keV、剂量为2.5×1012atom/cm2时, MOS管阈值电压为-8.5V; 二次铝刻蚀主刻蚀采用Cl2流量为90cm3/min, BCl3流量为45cm3/min, N2流量为30cm3/min可有效避免因残留物引起的金属同层漏电。
电荷耦合器件 干法刻蚀 埋沟注入 二次铝刻蚀 PCM PCM CCD LPCVD LPCVD dry etching buried channel implantation secondary aluminum etching
电荷耦合器件(CCD)多晶硅交叠区域绝缘介质对成品率和器件可靠性具有重要的影响。将氮化硅和二氧化硅作为CCD多晶硅层间复合绝缘介质, 采用扫描电子显微镜(SEM)和电学测试系统研究了多晶硅层间氮化硅和二氧化硅复合绝缘介质对CCD多晶硅栅间距和多晶硅层间击穿电压的影响。研究结果表明, 多晶硅层间复合绝缘介质中的氮化硅填充了多晶硅热氧化层的微小空隙, 可以明显改善绝缘介质质量。多晶硅层间击穿电压随着氮化硅厚度的增加而增大, 但太厚的氮化硅会导致CCD暗电流明显增大。由于复合绝缘介质质量好, 可以减小CCD多晶硅的氧化厚度。
绝缘介质 多晶硅 电荷耦合器件 insulation dielectric polysilicon charge-coupled device
1 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
2 海装广州局, 广州 510000
时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)主要应用于弱光信号探测, 其在强光应用场合容易出现弥散现象。针对该问题, 研制了横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器。该器件包含四个多光谱段(B1~B4区), 有效像元数为3072元, 像元尺寸为28μm×28μm。大像元可以在弱光环境下提供良好的光谱区分能力, 通过滤光片可获得蓝光、绿光、红光和近红外波段的图像。为了减小抗弥散对器件满阱电子数的不利影响, 采用了紧凑的抗弥散结构, 仅占像元面积的7.1%。器件满阱电子数为500ke-, 抗弥散能力为100倍, 读出噪声小于等于70e-, 动态范围大于等于7143∶1。
时间延迟积分 电荷耦合器件 多光谱 横向抗弥散 图像传感器 time delay integration CCD multispectral lateral anti-blooming imaging sensor
1 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
2 中国人民解放军驻重庆气体压缩机厂军事代表室, 重庆 400060
利用无掩模反应离子刻蚀法制备黑硅, 研究了黑硅微结构密度和高度对其光学特性的影响。采用场发射扫描电子显微镜和带积分球的紫外-可见-近红外分光光度计分别表征黑硅微结构形貌和光学特性。研究结果表明, 黑硅微结构密度增大和高度增加, 则黑硅吸收率增大, 高度较大的微结构更加有利于增强黑硅近红外光吸收。无掩模反应离子刻蚀法制备的黑硅的吸收率在高温退火过程中保持稳定。
黑硅 微结构 光学性能 black silicon micro-structure optical property
CCD多晶硅交叠区域绝缘介质对成品率和器件可靠性具有重要的影响。采用扫描电子显微镜和电学测试系统研究了CCD栅介质工艺对多晶硅层间介质的影响。研究结果表明: 栅介质工艺对多晶硅层间介质形貌具有显著的影响。栅介质氮化硅淀积后进行氧化, 随着氧化时间延长, 靠近栅介质氮化硅区域的多晶硅层间介质层厚度增大。增加氮化硅氧化时间到320 min, 多晶硅层间薄弱区氧化层厚度增加到227 nm。在前一次多晶硅氧化后淀积一层15 nm厚氮化硅, 能够很好地填充多晶硅层间介质空隙区, 不会对CCD工作电压产生不利的影响。
栅介质 多晶硅 电荷耦合器件 gate dielectric polysilicon charged-coupled device
1 中国电子技术标准化研究院，北京100007
2 重庆光电技术研究所，重庆400060
采用扫描电子显微镜和电学分析技术研究了电荷耦合器件（CCD）多晶硅层间绝缘介质对器件可靠性的影响。研究结果表明，常规热氧化工艺制作的多晶硅介质层，在台阶侧壁存在薄弱区，多晶硅层间击穿电压仅20V，器件在可靠性试验后容易因多晶硅层间击穿而失效。采用LPCVD淀积二氧化硅技术消除了多晶硅台阶侧壁氧化层薄弱区，其层间击穿电压大于129V，明显改善了器件可靠性。
电荷耦合器件 多晶硅 击穿电压 可靠性 charge-coupled device polysilicon break-down voltage reliability
采用无掩模反应离子刻蚀法制备了黑硅。利用扫描电子显微镜及紫外-可见-近红外分光光度计研究了黑硅的微结构和光学特性。结果表明, 黑硅微结构高度为2.0~3.5μm, 径向尺寸90~400nm, 间距200~610nm。在400~1000nm光谱范围内黑硅吸收率为94%, 是单晶硅的1.5倍; 在1200~1700nm光谱范围吸收率为55%～60%, 是B掺杂单晶硅的20倍。制备的黑硅的光学带隙为0.6006eV, 吸收光谱明显向红外方向偏移。
黑硅 反应离子刻蚀 无掩模 光学性能 black silicon reactive ion etching non-mask optical property
1 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
2 中国国防科技信息中心, 北京 100142
采用表面光电压技术研究了低压化学气相淀积(LPCVD)法氮化硅淀积工艺的Fe离子沾污。研究表明, 在氮化硅淀积工艺中, NH3和SiH2Cl2气体是Fe离子沾污的主要来源。通过对氮气进一步纯化处理、提高NH3和SiH2Cl2气体纯度和更换传输气体的金属管路等措施, 氧化工艺Fe离子沾污减少了一个数量级。
铁离子沾污 氮化硅 低压化学气相淀积 表面光电压 iron contamination nitride LPCVD SPV
