CCD圖像傳感器技術(shù)研究CCD圖像傳感器技術(shù)研究 2014/06/12 電子科技2014年第五期1襯底減薄工藝CCD制作工藝選用雙面拋光pSi外延片，襯厚度53510m，襯底電阻率0.01cm，外延層厚度151m，外延層電阻率30cm。完成常規(guī)的CCD工藝后，將圓片分割成管芯后進(jìn)行背面減薄工藝。如果僅使用濕法腐蝕，腐蝕的非均勻性會(huì)影響減薄效果，濕法減薄前需要使用研磨方式去除大部分襯底，減薄硅片至100m。先后用20m、9m、3m、1m的氧化鋁顆粒進(jìn)行研磨，每種顆粒所生產(chǎn)的損傷層厚度約為該顆粒直徑的3倍，研磨后CCD背面幾m的損傷層通過濕法腐蝕去除。在研磨過程中，需要逐漸控制芯片上的壓力和磨盤的轉(zhuǎn)速，避免在研磨時(shí)出現(xiàn)芯片損壞。濕法腐蝕采用各向同性的HNA腐蝕液，成分包括硝酸、氫氟酸和冰乙酸。其在硅表面的反應(yīng)模式是氧化還原反應(yīng)，接著是二氧化硅的去除。反應(yīng)方程式如下:硝酸是氧化劑，氫氟酸去除生成的氧化物，同時(shí)作用的結(jié)果是去除硅。冰乙酸的作用是稀釋劑。不同比例的溶液對(duì)不同摻雜濃度的硅腐蝕速率不同，高摻雜材料氧化速率的硅去除率較高，因此外延層界面在減薄工藝中起到腐蝕停止的作用。完成研磨減薄后，使用環(huán)氧樹脂將硅片粘接到玻璃片上作為物理支撐，否則減薄完成后硅片會(huì)由于應(yīng)力的原因而彎曲。將玻璃片固定在可旋轉(zhuǎn)的夾具上。夾具如圖1所示。腐蝕過程中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)有兩個(gè)作用:一是不斷攪拌腐蝕液，使得腐蝕液濃度、比例均勻;二是利用離心力的作用使反應(yīng)產(chǎn)生物離開硅片表面，提高反應(yīng)速率和反應(yīng)均勻性。對(duì)不同配方的腐蝕液分別對(duì)襯底和外延層進(jìn)行了腐蝕實(shí)驗(yàn)。使用物質(zhì)的量濃度為40%的HF酸、70%的硝酸和99%的冰乙酸，分別按照358、223、238、136和2111的比例進(jìn)行配置，得出了腐蝕速率和腐蝕選擇比，如表1所示。HF酸和硝酸濃度較高時(shí)，腐蝕速率快，對(duì)襯底外延層的腐蝕速率接近。HF酸和硝酸的比例較低時(shí)，對(duì)襯底何外延層的腐蝕速率同時(shí)減低，對(duì)外延層的腐蝕速率下降程度大于對(duì)襯底的腐蝕速率下降程度，調(diào)節(jié)腐蝕液到一定的比例時(shí)，即可用于背面減薄工藝。本文使用了HF酸硝酸乙酸為2111的腐蝕液。2結(jié)果分析文中共進(jìn)行了10個(gè)樣品的減薄，有5只樣品完成最終工藝，5只樣品在中間過程中損失。最終減薄的厚度如表2所示。圖3為大面陣CCD被減薄到15m的照片，由于應(yīng)力的原因。芯片從支撐片上取下后出現(xiàn)了卷曲。圖4為透過減薄后硅片的日光燈照片，因?yàn)楣杵浅１?，已?jīng)可以透過波長較長的紅光。使用本文中的減薄技術(shù)對(duì)1024512可見光CCD進(jìn)行了背面減薄，并實(shí)現(xiàn)了背照式成像，如圖5所示。對(duì)比了正照和背照量子效率曲線，如圖6所示，可見背照模式量子效率高于正照模式，峰值量子效率達(dá)54%，但距背照理論的峰值量子效率約有10%的差距，這是因?yàn)橹苯訙p薄的CCD背面存在內(nèi)建電場，使光生電子尤其是背面表層產(chǎn)生的電子驅(qū)動(dòng)到背面勢阱，不能被CCD收集轉(zhuǎn)移，從而造成短波量子效率低，峰值量子效率達(dá)不到理論值。解決方案是在減薄后的背面形成一層薄的硼離子摻雜層，目前主流的做法是在背面進(jìn)行離子注入，并進(jìn)行激光脈沖退火激活雜質(zhì)。3結(jié)束語使用研磨減薄和濕法相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了大面陣CCD的減薄，減薄后芯片厚度15m，非均勻性5%。對(duì)減薄后的器件進(jìn)行了成像及量子效率性能測試，量子效率比正照提高了50%。作者：鄧剛韓恒利鐘四成單位：重慶光電技術(shù)研究所硅工藝中心 上一個(gè)文章： 泊車輔助系統(tǒng)中的車位線識(shí)別下一個(gè)文章： 單站無源定位技術(shù)研討