一種增強(qiáng)硅基成像器件ccd或者cmos器件紅外響應(yīng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)硅基成像器件（CCD（電荷藕合器件）或者CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）器件）紅外響應(yīng)的方法，步驟如下：（1）通過(guò)激光或者離子注入的方法對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜；（2）對(duì)步驟（1）得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行熱退火或者脈沖激光退火；（3）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)CCD（電荷藕合器件）或者CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）器件工藝，使用步驟（2）得到的性能優(yōu)化后的高濃度摻雜硅基底，制作成像器件。使用該方法，能極大增強(qiáng)傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)CCD（電荷藕合器件）或者CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）成像器件在近紅外的響應(yīng)度(0.8μm～1.1μm)，并能響應(yīng)波長(zhǎng)大于1.1μm的光波。
【專利說(shuō)明】一種增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于紅外成像領(lǐng)域，特別涉及一種增強(qiáng)硅基成像器件(CXD (電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以硅為代表的半導(dǎo)體技術(shù)在20世紀(jì)后期得到巨大的發(fā)展。以硅為基底材料制作的光電耦合器件(CCD)更是獲得了 2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。自發(fā)明以來(lái)，其在安防、工業(yè)、攝影等方面帶來(lái)了革命性的進(jìn)步，并已經(jīng)進(jìn)入我們每一個(gè)人的日常生活當(dāng)中，比如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)攝像頭等。目前，在市場(chǎng)上很容易能找到像素超過(guò)1600萬(wàn)，像元大小小于2微米，噪聲水平低的CMOS及CCD成像器件。但是，在安保、監(jiān)視等方面，卻急切需要一種既能在白天有光照的情況下工作，又能在黑夜無(wú)光照的情況下工作的低成本、高質(zhì)量的成像裝置。同時(shí)，很多種生物識(shí)別技術(shù)，比如面部以及虹膜識(shí)別，發(fā)展非常迅速。不論是面部識(shí)別還是虹膜識(shí)別目前的主導(dǎo)技術(shù)是使用近紅外的光(750-850nm)以用來(lái)消除照明以及顏色的區(qū)別，提高識(shí)別率，同時(shí)研究也發(fā)現(xiàn)使用近紅外光可以極大的改善識(shí)別率。但是，不論是CCD還是CMOS成像器件，由于制作器的硅材料帶隙寬度在1.05eV,使得硅只能吸收波長(zhǎng)短于l.lym的光福射。這就意味著，以娃材料制作的CCD (電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)成像器件的響應(yīng)都限制在可見光波段，不能響應(yīng)波長(zhǎng)大于1.1ym的光輻射。作為一種非直接帶隙材料，硅需要光子以及聲子的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光吸收，產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)。當(dāng)光波長(zhǎng)接近帶邊(波長(zhǎng)接近1.1ym)的時(shí)候，其對(duì)光的吸收變?nèi)酰饽艽┩父畹纳疃?。而為了防止竄擾，降低噪聲，CXD以及CMOS成像器件都做得很薄(小于7um)，這就使得其對(duì)光在800-1 IOOnm的響應(yīng)也急劇下降，限制了其應(yīng)用。
[0003]目前技術(shù)上主要采用直接帶隙半導(dǎo)體材料，比如InGaAs，HgCdTe以及鍺制成的紅外成像器件來(lái)完成紅外、近紅外波段的成像功能，這些材料也表現(xiàn)出了良好的性能。但是另外一方面，以InGaAs，HgCdTe材料為基底的成像器件生產(chǎn)非常困難，在生產(chǎn)過(guò)程中常要求使用劇毒的物質(zhì)銦(劑量超過(guò)致死量)，且制造過(guò)程損耗大，產(chǎn)率低，不能與現(xiàn)有的成熟的硅基的生產(chǎn)線集成。鍺可以在硅上面生長(zhǎng)，但是由于晶格不匹配而帶來(lái)了很大的缺陷密度，由此帶來(lái)了更高的暗電流以及其他不想要的特性。以上所述的這些原因，使得雖然可以制造出性能優(yōu)良的焦平面紅外成像器件，但是都具有高昂的成本，他們的應(yīng)用就被限制在范圍很小的不考慮成本情況下。他們不太可能被應(yīng)用在諸如安防、監(jiān)視這些容量高、成本要求低的場(chǎng)所。這些應(yīng)用急切需求一種成本低、性能優(yōu)良、能與現(xiàn)有半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝集成的硅基的成像器件。
[0004]美國(guó)哈佛大學(xué)的Eric Mazur小組在1998年發(fā)現(xiàn)將硅材料置于SF6等氣體中，使用飛秒激光進(jìn)行輻照，所得到的硅材料具有從可見光到紅外都具有平坦的吸收。研究發(fā)現(xiàn)，可見光波段的吸收增強(qiáng)主要是由于在加工過(guò)程中通過(guò)激光輔助蝕刻得到的“光捕獲”表面得到，而紅外光波段的吸收增強(qiáng)主要是由于在激光與物質(zhì)的作用過(guò)程中，第VI族元素作為摻雜雜質(zhì)進(jìn)入硅材料，其摻雜濃度可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)VI族元素在硅中的熱熔解極限。以硫元素為例，其摻雜濃度可以達(dá)到1%原子濃度。如此高的摻雜濃度，在硅的能帶中形成了一個(gè)中間能帶，使得硅可以吸收波長(zhǎng)大于1.1ym的光輻射。該研究成果自報(bào)道明以來(lái)，很快引起了世界各地研究人員的注意，更被認(rèn)為是一種全新的材料，將能在太陽(yáng)能電池，紅外探測(cè)器等領(lǐng)域有重要的用途。
[0005]本發(fā)明專利的提出，就是利用了這種新發(fā)現(xiàn)的材料，解決了硅基底材料制成的成像器件在波長(zhǎng)大于l.lym的紅外波段不響應(yīng)及在近紅外波段響應(yīng)度極低的問題。該發(fā)明能很好的與已經(jīng)非常成熟的硅材料半導(dǎo)體成像器件工藝相結(jié)合，具有實(shí)現(xiàn)容易，成本比現(xiàn)有的紅外成像器件低得多，能很好的對(duì)近紅外的光進(jìn)行響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種增強(qiáng)硅基成像器件((XD (電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法。此種方法不僅可以極大的提高硅基成像器的紅外響應(yīng)度，也能很好的與現(xiàn)有的硅半導(dǎo)體材料成像器件的生產(chǎn)工藝相整合，集成進(jìn)現(xiàn)有的生產(chǎn)線。使用該方法得到的非制冷硅基紅外增強(qiáng)成像器和現(xiàn)有的硅成像器相比具有更高的紅外響應(yīng)度。和現(xiàn)有的紅外成像器相比，由于其不用制冷，使用更方便，體積更小、重量更輕，且具有極大的成本優(yōu)勢(shì)。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)造一種增強(qiáng)硅基成像器件CXD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于包括如下步驟:
(1)通過(guò)激光或者離子注入的方法對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜；
(2)對(duì)步驟(I)得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行熱退火或者脈沖激光退火；
(3)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)CCD或者CMOS器件工藝，使用步驟(2)得到的性能優(yōu)化后的高濃度摻雜硅基底，制作成像器件。
[0008]根據(jù)本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件CXD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)硅基底材料的摻雜通過(guò)在有摻雜劑存在時(shí)通過(guò)激光與硅基底材料相互作用完成，或者通過(guò)離子注入直接完成。
[0009]根據(jù)本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件CXD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)硅基底材料的摻雜濃度在IO1Vcm3?102°/cm3原子濃度范圍，摻雜劑為第VI族元素，及硫、硒、締。
[0010]根據(jù)本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)步驟(I)得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行熱退火處理，優(yōu)化材料的性能；退火溫度為3000C -1200°C，退火時(shí)間10秒?5小時(shí)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)步驟(I)得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行脈沖激光退火以改善材料性能；
所述的脈沖激光退火過(guò)程所用激光器為高能量脈沖激光器，其重復(fù)頻率高于0.1Hz，單脈沖能量大于I U J，激光器波長(zhǎng)可以但不限定為355 nm, 532 nm, 1064 nm,激光器脈寬為lOOps-lOOns，激光被聚焦后能量密度超過(guò)硅材料融化閾值。
[0012]根據(jù)本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件CXD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:所述的對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜所用的激光器，其重頻為IkHz-1OOMHz，單脈沖能量高于I μ J，激光器波長(zhǎng)為500nm-1600nm，激光器脈寬范圍為50fs-20ns，激光被聚焦后能量密度超過(guò)硅材料融化閾值。
[0013]一種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于:由加工用激光器、退火用激光器，快門(2、6)，空間光整形器(3、7)，聚焦透鏡(4、8)，雙色鏡，掃描振鏡，真空室，加熱器，電控三維平移臺(tái)，快門控制器，空間光整形器控制器，加熱器控制器，三維平臺(tái)控制器，計(jì)算機(jī)組成；
所述加工用激光器的輸出光束通過(guò)快門之后，經(jīng)過(guò)空間光整形器3調(diào)整為平頂分布，通過(guò)透鏡4聚焦之后，通過(guò)雙色鏡入射到掃描振鏡；退火所用激光器的輸出激光通過(guò)光學(xué)快門6之后，通過(guò)空間光整形器7調(diào)整為平頂分布，通過(guò)透鏡8聚焦之后，通過(guò)雙色鏡反射進(jìn)入掃描振鏡，掃描振鏡會(huì)調(diào)整出射激光的方向和角度，使之通過(guò)真空室的窗口，入射到樣品表面；這樣，在加工的同時(shí)就可以進(jìn)行原味退火，降低了時(shí)間成本。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述一種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于:加工用激光器(I)選用Polaronyx Laser公司生產(chǎn)的URANUS MJ - HIGH ENERGY MJFEMTOSECOND FIBER LASER型高能量重頻可調(diào)光纖飛秒激光器；退火用激光器(5)選用英國(guó)Powerpulse公司生產(chǎn)的Naos v_g4高能量高重頻納秒激光器,快門選用常規(guī)機(jī)械快門、空間光整形器選用常規(guī)空間光調(diào)制器產(chǎn)品，對(duì)加工及退火光路均需選用30cm聚焦透鏡；雙色鏡選擇為對(duì)IOOOnm高透，對(duì)532nm高反的雙色鏡；掃描振鏡為thorlabs公司生產(chǎn)的大光束直徑掃描振鏡系統(tǒng)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所述一種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于:摻雜及退火流程如下；
(1)、放置樣品:首先打開真空室，將待加工樣品放置在樣品架上，并通過(guò)三維電控平臺(tái)控制樣品的位置，之后關(guān)閉真空室；
(2)、抽真空及充入所需氣體:先將整個(gè)真空室抽至能達(dá)到的最高真空度，再將所需的氣體充入，至氣壓500 Torr為止；
(3)、設(shè)置工作參數(shù):設(shè)置基底溫度、掃描范圍、速度、激光能量大小及重頻、聚焦透鏡位置等參數(shù)；設(shè)置基底溫度為室溫，掃描范圍為整個(gè)樣品范圍，掃描速度lOmm/s，重頻10kHz，聚焦透鏡的位置使得光斑直徑為0.5_，激光器功率1.5W，這樣，在每單位面積上，就具有約300個(gè)脈沖輻照，能量密度約1.5kJ/m2，由該參數(shù)生成的表面微結(jié)構(gòu)大小能控制在小于2 μ m尺度；
(4)、打開快門:快門打開后，掃描振鏡將進(jìn)行工作；
(5)、掃描振鏡工作:掃描振鏡將會(huì)移動(dòng)光束在樣品上的位置，快速完成整個(gè)掃描加工過(guò)程；該過(guò)程會(huì)同時(shí)完成摻雜，同時(shí)在娃表面生成微結(jié)構(gòu)；
(6)、退火；
(7)、取出樣品:加工完成后，取出樣品。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述一種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于: 步驟(4)中，快門打開后，掃描振鏡將進(jìn)行工作，可以同時(shí)進(jìn)行原味脈沖激光退火； 步驟(6)中，退火選用熱退火方式進(jìn)行退火，退火溫度800°C，退火時(shí)間10分鐘。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)、本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件((XD (電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法能完美與現(xiàn)有CCD及CMOS工藝集成，所以由其制成的非制冷硅基紅外增強(qiáng)成像器具有成本低的特點(diǎn)，能應(yīng)用在對(duì)成本要求低的場(chǎng)所；
(2)、本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件((XD(電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法完全使用硅基材料，不含有毒的材料，具有安全、綠色的特
占.(3)、本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件((XD(電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法能通過(guò)在硅基底材料的帶隙中增加一個(gè)中間能帶的方法，增加了紅外波段的吸收和響應(yīng)，使得所制得的非制冷硅基紅外增強(qiáng)成像器能很好的響應(yīng)800nm-1300nm的波段范圍。
[0018](4)、與一般紅外焦平面探測(cè)器不同的是，由本發(fā)明所述的增強(qiáng)硅基成像器件((XD(電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法制得的非制冷硅基紅外增強(qiáng)成像器在得到紅外響應(yīng)的同時(shí)，并未損失其可見光波段的成像能力，即一般的監(jiān)控用CCD及CMOS器件相比，其不僅可以與這些常用的器件一樣能很好的響應(yīng)可見光，也能響應(yīng)紅外的光輻射；
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明所述的非制冷硅基紅外增強(qiáng)成像器的制造方法流程圖 圖2是本發(fā)明所述使用激光進(jìn)行高濃度摻雜及退火的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖3是本發(fā)明所述摻雜及退火的具體工作流程
其中，1、加工用激光器，2、快門，3、空間光整形器，4、聚焦透鏡，5、退火用激光器，6、快門，7、空間光整形器，8、聚焦透鏡，9、雙色鏡，10、掃描振鏡，11、真空室，12、樣品，13、加熱器，14、電控三維平移臺(tái)，15、快門控制器，16、空間光整形器控制器，17、熱假器控制器，18、電控三維平移臺(tái)控制器，19、計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖1-3對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述增強(qiáng)硅基成像器件((XD (電荷藕合器件)或者CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例，如圖1所示:
本發(fā)明提供一種增強(qiáng)硅基成像器件((XD (電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件)紅外響應(yīng)的方法，步驟如下:
(O通過(guò)激光或者離子注入的方法對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜。摻雜濃度在IO13/cm3?102°/cm3原子濃度范圍，摻雜劑為第VI族元素，及硫、硒、碲。這里的激光器重頻為IkHz-1OOMHz,單脈沖能量高于I μ J，激光器波長(zhǎng)為500nm-1600nm，激光器脈寬范圍為50fs-20ns。輸出激光通過(guò)聚焦透鏡聚焦在樣品表面，樣品表面的能量密度要求超過(guò)融化閾值1.5kJ/m2?？梢酝ㄟ^(guò)控制掃描速度以及能量密度來(lái)控制表面上微結(jié)構(gòu)的大小。若使用離子注入方式，可以在離子注入完成之后選擇用激光或其他方式在樣品表面按需求制作微結(jié)構(gòu)，增加光吸收。
[0023](2)對(duì)步驟(I)得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行熱退火或者脈沖激光退火。退火的目的是在保持光吸收相比未摻雜晶體硅依舊得到增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，改善樣品的結(jié)晶程度，提高樣品的性能。如果選用熱退火方式，退火溫度為300°C -1200°C，退火時(shí)間10秒?5小時(shí)。若選用脈沖激光退火，脈沖激光器應(yīng)選用高能量激光器，其重復(fù)頻率高于0.1Hz，單脈沖能量大于I U J，激光器波長(zhǎng)可以但不限定為355 nm, 532 nm, 1064 nm,激光器脈寬為100ps-100ns。輸出激光通過(guò)聚焦透鏡聚焦在樣品表面，樣品表面的能量密度要求超過(guò)融化閾值1.5kJ/m2?？梢酝ㄟ^(guò)能量密度及掃描速度的方式來(lái)控制熱退火的程度。
[0024](3)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)CXD (電荷藕合器件)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件工藝，使用步驟(2)得到的性能優(yōu)化后的高濃度摻雜硅基底，制作成像器件。該步驟完全與現(xiàn)有工藝無(wú)縫集成，具有實(shí)現(xiàn)容易、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0025]其中，對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示，由加工用激光器1、退火用激光器5,快門2、6，空間光整形器3、7，聚焦透鏡4、8，雙色鏡9,掃描振鏡10，真空室11，加熱器13，電控三維平移臺(tái)14，快門控制器15，空間光整形器控制器16，加熱器控制器17，三維平臺(tái)控制器18，計(jì)算機(jī)19組成。
[0026]加工用激光器選用Polaronyx Laser公司生產(chǎn)的URANUS MJ - HIGH ENERGYMJ FEMTOSECOND FIBER LASER型高能量重頻可調(diào)光纖飛秒激光器；退火激光器選用英國(guó)Powerpulse公司生產(chǎn)的Naos v_g4高能量高重頻納秒激光器,快門選用常規(guī)機(jī)械快門、空間光整形器選用常規(guī)空間光調(diào)制器產(chǎn)品，對(duì)加工及退火光路均需選用30cm聚焦透鏡；雙色鏡選擇為對(duì)IOOOnm高透，對(duì)532nm高反的雙色鏡；掃描振鏡為thorlabs公司生產(chǎn)的大光束直徑掃描振鏡系統(tǒng)；真空室、加熱器、電控平移臺(tái)均為常規(guī)產(chǎn)品；所述的所有控制器均為配套產(chǎn)品；計(jì)算機(jī)10為一般的PC機(jī)。
[0027]如圖2所示，加工用激光器I的輸出光束通過(guò)快門5之后，經(jīng)過(guò)空間光整形器3調(diào)整為平頂分布，通過(guò)透鏡4聚焦之后，通過(guò)雙色鏡入射到掃描振鏡10 ;退火所用激光器5的輸出激光通過(guò)光學(xué)快門6之后，通過(guò)空間光整形器7調(diào)整為平頂分布，通過(guò)透鏡8聚焦之后，通過(guò)雙色鏡9反射進(jìn)入掃描振鏡。掃描振鏡會(huì)調(diào)整出射激光的方向和角度，使之通過(guò)真空室的窗口，入射到樣品表面。這樣，在加工的同時(shí)就可以進(jìn)行原味退火，降低了時(shí)間成本。
[0028]摻雜及退火的詳細(xì)流程如圖3所示，包括:
1、放置樣品:首先打開真空室，將待加工樣品放置在樣品架上，并通過(guò)三維電控平臺(tái)控制樣品的位置，之后關(guān)閉真空室。
[0029]2、抽真空及充入所需氣體:先將整個(gè)真空室抽至能達(dá)到的最高真空度(本系統(tǒng)中為10_6 Torr)，再將所需的氣體(本實(shí)施例選用SF6)充入，至氣壓500 Torr為止。
[0030]3、設(shè)置工作參數(shù):設(shè)置基底溫度、掃描范圍、速度、激光能量大小及重頻、聚焦透鏡位置等參數(shù)。在本實(shí)施例中，設(shè)置基底溫度為室溫，掃描范圍為整個(gè)樣品范圍，掃描速度lOmm/s，重頻10kHz，聚焦透鏡的位置使得光斑直徑為0.5mm，激光器功率1.5W，這樣，在每單位面積上，就具有約300個(gè)脈沖輻照，能量密度約1.5kJ/m2。由該參數(shù)生成的表面微結(jié)構(gòu)大小能控制在小于2μπι尺度。
[0031]4.打開快門:快門打開后，掃描振鏡將進(jìn)行工作。也可以同時(shí)進(jìn)行原味脈沖激光退火。[0032]5.掃描振鏡工作:掃描振鏡將會(huì)移動(dòng)光束在樣品上的位置,快速完成整個(gè)掃描加工過(guò)程。該過(guò)程會(huì)同時(shí)完成摻雜，同時(shí)在娃表面生成微結(jié)構(gòu)。
[0033]6.退火:本實(shí)施例選用熱退火方式進(jìn)行退火，退火溫度800°C，退火時(shí)間10分鐘。
[0034]7.取出樣品:加工完成后，取出樣品。
[0035]在樣品完成退火之后，就可以通過(guò)CXD或者CMOS生產(chǎn)線，按標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行成像器件的制作，所得的成像器件在非制冷方式下工作，對(duì)紅外及近紅外輻射具有很好的響應(yīng)度，能實(shí)現(xiàn)夜視功能對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)通過(guò)激光或者離子注入的方法對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜； (2)對(duì)步驟(1)得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行熱退火或者脈沖激光退火； (3)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)CCD或者CMOS器件工藝，使用步驟(2)得到的性能優(yōu)化后的高濃度摻雜硅基底，制作成像器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)硅基底材料的摻雜通過(guò)在有摻雜劑存在時(shí)通過(guò)激光與硅基底材料相互作用完成，或者通過(guò)離子注入直接完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)硅基底材料的摻雜濃度在IO1Vcm3~102°/cm3原子濃度范圍，摻雜劑為第VI族元素，及硫、硒、締。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)步驟(1)得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行熱退火處理，優(yōu)化材料的性能；退火溫度為3000C -1200°C，退火時(shí)間10秒~5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:對(duì)步驟(1)得到的高濃度摻雜硅材料進(jìn)行脈沖激光退火以改善材料性能； 所述的脈沖激光退火過(guò)程所用激光器為高能量脈沖激光器，其重復(fù)頻率高于0.1Hz，單脈沖能量大于I μ J，激光器波長(zhǎng)為355 nm，532 nm，1064 nm，激光器脈寬為100ps-100ns，激光被聚焦后能量密度超過(guò)硅材料融化閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)硅基成像器件CCD或者CMOS器件紅外響應(yīng)的方法，其特征在于:所述的對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜所用的激光器，其重頻為IkHz-1OOMHz，單脈沖能量高于I μ J，激光器波長(zhǎng)為500nm-1600nm，激光器脈寬范圍為50fs-20ns，激光被聚焦后能量密度超過(guò)硅材料融化閾值。
7.—種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于:由加工用激光器(I)、退火用激光器(5)，快門(2)、(6)，空間光整形器(3)、(7)，聚焦透鏡(4)、(8)，雙色鏡(9)，掃描振鏡(10)，真空室(11)，加熱器(13)，電控三維平移臺(tái)(14)，快門控制器(15)，空間光整形器控制器(16) ，加熱器控制器(17)，三維平臺(tái)控制器(18)，計(jì)算機(jī)(19)組成； 所述加工用激光器(I)的輸出光束通過(guò)快門(5)之后，經(jīng)過(guò)空間光整形器(3)調(diào)整為平頂分布，通過(guò)透鏡(4)聚焦之后，通過(guò)雙色鏡入射到掃描振鏡(10);退火所用激光器(5)的輸出激光通過(guò)光學(xué)快門(6)之后，通過(guò)空間光整形器(7)調(diào)整為平頂分布，通過(guò)透鏡(8)聚焦之后，通過(guò)雙色鏡(9)反射進(jìn)入掃描振鏡； 掃描振鏡會(huì)調(diào)整出射激光的方向和角度，使之通過(guò)真空室的窗口，入射到樣品表面；這樣，在加工的同時(shí)就可以進(jìn)行原味退火，降低了時(shí)間成本。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于:加工用激光器(I)選用Polaronyx Laser公司生產(chǎn)的URANUS MJ - HIGH ENERGY MJFEMTOSECOND FIBER LASER型高能量重頻可調(diào)光纖飛秒激光器；退火用激光器(5)選用英國(guó)Powerpulse公司生產(chǎn)的Naos v_g4高能量高重頻納秒激光器,快門選用常規(guī)機(jī)械快門、空間光整形器選用常規(guī)空間光調(diào)制器產(chǎn)品，對(duì)加工及退火光路均需選用30cm聚焦透鏡；雙色鏡選擇為對(duì)1000nm高透，對(duì)532nm高反的雙色鏡；掃描振鏡為thorlabs公司生產(chǎn)的大光束直徑掃描振鏡系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于:摻雜及退火流程如下； (1)、放置樣品:首先打開真空室，將待加工樣品放置在樣品架上，并通過(guò)三維電控平臺(tái)控制樣品的位置，之后關(guān)閉真空室； (2)、抽真空及充入所需氣體:先將整個(gè)真空室抽至能達(dá)到的最高真空度，再將所需的氣體充入，至氣壓500 Torr為止； (3)、設(shè)置工作參數(shù):設(shè)置基底溫度、掃描范圍、速度、激光能量大小及重頻、聚焦透鏡位置等參數(shù)；設(shè)置基底溫度為室溫，掃描范圍為整個(gè)樣品范圍，掃描速度lOmm/s，重頻10kHz，聚焦透鏡的位置使得光斑直徑為0.5_，激光器功率1.5W，這樣，在每單位面積上，就具有約300個(gè)脈沖輻照，能量密度約1.5kJ/m2，由該參數(shù)生成的表面微結(jié)構(gòu)大小能控制在小于2μm尺度； (4)、打開快門:快門打開后，掃描振鏡將進(jìn)行工作； (5)、掃描振鏡工作:掃描振鏡將會(huì)移動(dòng)光束在樣品上的位置，快速完成整個(gè)掃描加工過(guò)程；該過(guò)程會(huì)同時(shí)完成摻雜，同時(shí)在娃表面生成微結(jié)構(gòu)； (6)、退火； (7)、取出樣品:加工完成后，取出樣品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種對(duì)硅基底材料進(jìn)行高濃度摻雜及退火的裝置，其特征在于: 步驟(4)中，快門打開后，掃描振鏡將進(jìn)行工作，可以同時(shí)進(jìn)行原味脈沖激光退火； 步驟(6)中，退火選用熱退火方式進(jìn)行退火，退火溫度800°C，退火時(shí)間10分鐘。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103794563SQ201410055682
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】金蔚, 余聰聰 申請(qǐng)人:金蔚, 余聰聰