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。

采用基于硝酸/氢氟酸/磷酸/硫酸混合液的湿法腐蚀工艺, 实现了高吸收效率的黑硅结构的制备与工艺集成, 获得了具有近红外响应增强效果的黑硅PIN光电探测器, 并与未集成黑硅的PIN光电探测器的性能参数进行了对比测试。测试结果显示, 黑硅光电探测器在1060nm波长下的响应度达到0.69A/W(量子效率80.7%), 较未集成黑硅的器件提高了116%; 黑硅探测器暗电流小于8nA, 响应时间小于8ns, 电容小于9pF, 与未集成黑硅的器件相当。得益于工艺兼容性, 所采用的黑硅技术具有广泛应用于硅基近红外PIN, APD, SPAD, SPM等光电探测器的潜力, 可显著提高器件的响应率、量子效率、响应速度、击穿电压温度系数等性能。

分析了引起大面阵内线转移CCD直流短路的原因, 确认了二次金属铝刻蚀残留是引起器件失效的主要原因。利用扫描电子显微镜技术, 研究了刻蚀工艺参数对内线转移CCD二次金属铝刻蚀残留的影响。优化了预刻蚀、主刻蚀和过刻蚀三个阶段的工艺条件, 消除了金属铝刻蚀残留。采用优化的工艺参数进行二次金属铝刻蚀, 器件直流成品率提高了30%。

研究了离子注入后推结与扩散两种掺杂方式制作保护环对拉通型硅基雪崩光电二极管(Si-APD)器件成品率的影响, 对比在不同工艺条件下器件反向击穿电压、暗电流的变化情况。研究结果表明, 采用离子注入后推结的方式, 在注入后3 h@1 100 ℃条件下的成品率为94%; 采用扩散掺杂方式, 器件成品率不超过65%。两种方式对器件反向击穿电压影响较小且暗电流抑制效果相当。离子注入后推结制备保护环的方式更适合Si-APD制程。

研究了可取代多晶硅扩散掺杂的离子注入掺杂工艺, 通过两种掺杂方式对CCD栅介质损伤、多晶硅接触电阻及均匀性等关键参数影响的对比研究, 发现离子注入掺杂制作的多晶硅栅质量优于扩散掺杂制作的多晶硅栅, 这有利于CCD输出均匀性的提高。对两种多晶硅掺杂方式的工艺集成条件进行对比, 多晶硅掺杂采用离子注入方式其工艺步骤更简单, 工艺集成度更高。

与平面硅相比，黑硅对0.25~2.5μm波长光具有高吸收特性。为了提高硅光敏二极管的近红外灵敏度和响应时间，采用金属辅助刻蚀在光敏二极管探测器背面制作了黑硅微结构。在1064nm波长，探测器红外响应达到0.518A/W，比常规探测器量子效率提高了65%。

通过对含氯氧化在线实验结果和工艺仿真结果进行对比，并进行仿真工艺校准，发现采用氯含量相同的仿真校准结果较之等物质量仿真校准结果与实际工艺实验结果相吻合。对氯含量相同氧化校准模型进行了不同温度、不同氧化方式的验证，仿真结果与在线实验结果相吻合，并利用该模型对CCD工艺制作中含氯氧化进行了仿真，仿真结果与CCD工艺制作测试数据相一致。