当前,随着中国探月工程和火星探测等航天计划的实施和进展,CCD图像传感器的作用日渐明显,对CCD的需求将会越来越大,对其质量和性能要求也会越来越高。然而国内CCD在工艺、设计、制造设备和可靠性研究方面都和国外存在着一定的差距。尽管国外CCD技术发展非常迅猛,然而日本及西方发达国家都将CCD技术视为商业机密和军事机密,国内外公开报道的与CCD相关的技术和文献资料非常缺乏,因而展开对CCD的研究非常重要。CCD是一种对表界面结构非常敏感的器件,而表界面结构又受控于工艺,且各种环境应力对其还有一定的影响。因此开展相关的研究有助于控制和改进工艺、提高器件可靠性。本文基于此,从以下四个方面研究了CCD MOS表界面结构与工艺及环境应力之间的关系。1. CCD用SiO₂薄膜致密性表征方法及其与工艺的关系研究。归纳总结了表征SiO₂薄膜的致密性的各种方法的原理,并结合实验分析了这些方法的优缺点,确定了表征CCD用SiO₂薄膜致密性的最佳方法,同时还测试分析研究了不同工艺制得的SiO₂薄膜的致密性。研究表明折射率法为表征SiO₂薄膜致密性最为适宜的方法,在本文三种工艺制得的SiO₂样品中,未经退火的干氧工艺制得的SiO₂薄膜致密性最好。2.栅介质层应力的分析及其与环境试验的关系研究。基于基片曲率法利用轮廓仪研究了不同CCD MOS结构的栅介质层应变,分析了金属栅对栅介质应力的影响,测试了不同配比结构栅介质层的应力,考察了温冲后栅介质层应变的变化。测试结果表面金属栅可吸收栅介质层应力,三种不同栅介质层结构的CCD MOS中复合栅介质SiO₂/Si₃N₄配比为60/80nm的CCD MOS结构栅介质层应力最小,温冲对栅介质层应变有一定的影响,但对后工序的影响是不可忽视的。3.不同批次CCD MOS结构的表面形貌研究。利用多种显微测试技术红外光谱法、椭偏法、基底曲率法和AFM、SEM和LSCM显微测试技术观察了不同批次的SiO₂薄膜和Si₃N₄膜及Al膜的表面形貌,分析了表面形貌,并分析了工艺的重复性和稳定性。分析表明热氧化工艺和热蒸发工艺较好,但LPCVD淀积Si₃N₄膜工艺条件还存在一定的缺陷。4.研究了不同结构的CCD MOS的界面态及其与环境应力的关系。介绍了四种界面态模型,利用电导法来研究了不同栅介质结构CCD MOS的界面态,分析了温冲、紫外线照射和X射线照射对CCD MOS结构界面态的影响。结果显示三种不同栅介质层结构的CCD MOS中复合栅介质层SiO₂/Si₃N₄配比为60/80nm的CCD MOS结构界面态密度最小,温冲、紫外线照射和X射线照射对CCD MOS结构界面态影响较小。