CN111668320A - 硅漂移探测器及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本说明书提供一种硅漂移探测器及其加工方法，硅漂移探测器包括：N掺杂的硅衬底和设置在硅衬底两个表面的钝化膜；钝化膜包括沉积在硅衬底上的本征非晶硅薄膜、氧化铝薄膜和氧化硅薄膜。本征非晶硅薄膜能够较好地短话硅衬底表面的悬挂键，降低硅衬底的表面态；本征非晶硅具有一定的导电性能。氧化铝薄膜可以进一步地增强硅衬底表面的钝化性能；此外因为氧化铝薄膜的结构特性使其内部具有大量固定的负电荷，因此可以屏蔽外侧的氧化硅薄膜在功能射线照射下产生的正电荷，避免正电荷改变探测器表面的电场。另外，钝化膜中的各个膜层均可以在低温条件下沉积形成，无需使得硅衬底处在高温环境中，还可以避免采用高温制备工艺制作钝化膜对硅衬底的损伤。
Description
技术领域
本说明书涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种漂移探测器及其 加工方法。
背景技术
漂移探测器是用于检测高能射线的半导体探测器(一般情况下的漂 移探测器均为硅基探测器)。在漂移探测器工作时，其中的漂移电极使 得衬底处在完全耗尽状态，高能射线经过入射窗口在衬形成的多数载流 子沿着器件表面的方向漂移至收集电极并被收集起来。
当前的硅漂移探测器的制备工艺中，需要采用热氧化工艺在硅衬底 表面形成较厚的氧化硅薄膜，随后在氧化硅薄膜上开窗口并进行局部掺 杂，形成漂移环、保护环、阳极、入射窗口等功能区域。前述氧化硅薄 膜是在高温条件(约为1000℃)下经过较长时间(约为10小时)的氧化 工艺生成；因为长时间高温过程会导致硅衬底的质量恶化，进而影响硅 漂移探测器的分辨率；另外，氧化硅薄膜在高能粒子照射下，会产生大 量正电荷，影响硅漂移表面电场的表面电场而造成电子的降低硅漂移探 测器的抗辐照特性。
发明内容
本说明书提供一种硅漂移探测器及其加工方法，通过改进钝化层的 结构而提高硅漂移探测器的性能。
本说明书提供一种硅漂移探测器，包括：N掺杂的硅衬底和设置在 所述硅衬底两个表面的钝化膜；
所述钝化膜包括依次沉积在所述硅衬底上的本征非晶硅薄膜、氧化 铝薄膜和氧化硅薄膜。
可选地，所述本征非晶硅薄膜的厚度为1.0～20.0nm；所述氧化铝薄 膜为3.0～20.0nm，所述氧化硅薄膜的厚度在400.0～600.0nm。
本说明书提供一种硅漂移探测器的制备方法，包括：
在N掺杂的硅衬底的表面依次沉积本征非晶硅薄膜、氧化铝薄膜和 氧化硅薄膜；所述本征非晶硅薄膜、所述氧化铝薄膜和所述氧化硅薄膜 形成钝化膜；
在所述钝化膜上开窗并形成对应的功能区。
可选地，所述本征非晶硅薄膜和所述氧化硅薄膜均采用增强型等离 子体化学气相沉积方法形成，所述氧化铝薄膜采用原子层沉积方法形成。
可选地，在沉积所述本征非晶硅薄膜前，还包括对所述硅衬底进行 RCA清洗的步骤。
可选地，在所述钝化膜上开窗并形成对应的功能区，包括：
在所述硅衬底的正面刻蚀所述钝化膜，露出阳极窗口和接地环窗口；
在所述阳极窗口区域和所述接地环窗口区域沉积N型重掺杂硅基薄 膜。
可选地，在沉积钝化膜的所述硅衬底上，加工形成各功能区域，包 括：
在所述硅衬底的正面刻蚀所述钝化膜，露出集电极窗口和保护环窗 口；以及，在所述硅衬底的反面刻蚀所述度化膜，露出入射窗口和保护 环窗口；
在所述集电极窗口、所述入射窗口和所述保护环窗口沉积形成P型 重掺杂硅基薄膜。
可选地，采用化学气相沉积工艺形成所述N型重掺杂硅基薄膜和P 型重掺杂硅基薄膜。
可选地，所述N型重掺杂硅基薄膜的厚度为10.0-30.0nm，掺杂浓度 在1.0×1019cm-3～1.0×1021cm-3；所述P型重掺杂硅基薄膜的厚度为 10.0～50.0nm，掺杂浓度为1.0×1019cm-3～1×1021cm-3。
可选地，在所述P型重掺杂硅基薄膜和所述N型重掺杂硅基薄膜上 制备金属电极的步骤。
本说明书提供的硅漂移探测器中，钝化膜包括依次沉积在硅衬底上 的本征非晶硅薄膜、氧化铝薄膜和二氧化硅薄膜。本征非晶硅薄膜能够 较好地短话硅衬底表面的悬挂键，降低硅衬底的表面态；本征非晶硅具 有一定的导电性能。氧化铝薄膜可以进一步地增强硅衬底表面的钝化性 能；此外因为氧化铝薄膜的结构特性使其内部具有大量固定的负电荷， 因此可以屏蔽外侧的氧化硅薄膜在功能射线照射下产生的正电荷，避免 正电荷改变探测器表面的电场。另外，钝化膜中的各个膜层均可以在低 温条件下沉积形成，无需使得硅衬底处在高温环境中，还可以避免采用 高温制备工艺制作钝化膜对硅衬底的损伤。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优 选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且， 部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本 发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来 实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1是实施例提供的硅漂移探测器的结截面示意图；
图2是图1中的A区域放大示意图；
图3是实施例提供的硅漂移探测器的加工方法流程图；
其中：11-硅衬底，12-钝化膜，121-本征非晶硅薄膜，122-氧化铝薄 膜，123-氧化硅薄膜，13-集电电极，14-漂移电极，15-保护环，16-接地 电极，17-入射窗口电极。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本 申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用 于限定本发明的范围。
本说明书实施例提供一种硅漂移探测器。图1是实施例提供的硅漂 移探测器的结截面示意图。如图1所示，本实施例中提供的硅漂移探测 器包括N型掺杂的硅衬底11、设置在硅衬底11两个表面的钝化膜12和 功能区域(应当注意，本实施例中，各个功能区域均是通过对衬底上的 钝化膜12进行刻蚀，露出相应的功能窗口后再通过后续工艺制作完成，功能区的制作方法将在后文中阐述)。
功能区包括设置在硅漂移探测器一面上的N型重掺杂集电电极13、 P型重掺杂漂移电极14、P型重掺杂的保护环15、N型重掺杂的接地电 极16以及设置在相邻漂移电极14之间的分压器，功能区还包括设置在 硅漂移探测器另一面上的P型重掺杂入射窗口电极、P型重掺杂保护环 15。
硅漂移探测器使用时，由靠近阳极的漂移电极14到远离阳极的漂移 电极14，各个漂移电极14的电压逐渐地减小，入射窗口也连通正电压， 使得硅漂移探测器的漂移区域形成漂移电场。经由入射窗口进入到衬底 中X射线照射电子而使得硅衬底11形成电子空穴对，电子空穴对中的 空穴被经由漂移电极14传递的电子快速的消耗，电子在电场作用下向集 电集电极区域移动，并被集电电极13收集。
图2是图1中的A区域放大示意图。如图2所示，本实施例中，钝 化膜12包括依次沉积在硅衬底11上的本征非晶硅薄膜121、氧化铝薄膜 122和氧化硅薄膜123。
本征非晶硅薄膜121能够较好地钝化硅衬底11表面的悬挂键，降低 硅衬底11的表面态；氧化铝薄膜122可以进一步地增强硅衬底11表面 的钝化性能；此外因为氧化铝薄膜122的结构特性使其内部具有大量固 定的负电荷，所以其可以用于屏蔽外侧的氧化硅薄膜123在功能射线照 射下产生的正电荷，避免正电荷改变探测器表面的电场。最外侧的氧化硅薄膜123用于在图形化工艺中起到提供掩膜的作用(应当注意，钝化 膜12作为提供掩膜的功能在器件加工完成后功能已经实现，在硅衬底11 的表面留下部分的钝化膜12)。
本说明书实施例中，本征非晶硅薄膜121的厚度在1.0～20.0nm之间， 氧化铝薄膜122的厚度在3.0～20.0nm之间，氧化硅薄膜123的厚度在 400.0-600.0nm之间；三者的厚度设置需要综合考虑中各层膜的功能，实 现硅漂移探测器功能的优化。
图3是实施例提供的硅漂移探测器的加工方法流程图。以下对本实 施例提供的硅漂移探测器的结构做介绍。如图3所示，本实施例提供的 硅漂移探测器的加工方法包括步骤S101-S102。
S101：在N掺杂的硅衬底11的表面沉积钝化膜12。
本实施例中，沉积的钝化膜12包括三层，分别为依次在硅衬底11 上沉积的非晶硅薄膜、氧化铝薄膜122和氧化硅薄膜123。
其中，非晶硅薄膜采用PECVD工艺方式沉积，氧化铝薄膜122采用 原子层沉积工艺方式沉积，氧化硅薄膜123采用PECVD工艺方式沉积。
因为前述的三个薄膜采用的制备工艺均可以在低温条件下实现，所 以无需使得硅衬底11暴露于高温环境(如背景技术提及的约为1000℃高 温环境)，避免了现有技术采用高温制备工艺对硅衬底11的损伤，有利 于获得较高的少子寿命，进而降低器件漏电噪声，继而有效地提高硅漂 移探测器的能量分辨率。
如前所述，制备的氧化铝薄膜122中固定有负电荷，其还可以屏蔽 氧化硅薄膜123因高能辐射产生的正电荷，提高硅漂移探测器的抗辐照 能量。
本实施例中，为了减小硅衬底11表面杂质对沉积膜层质量的影响， 在进行S101的沉积作业前，还需要对硅衬底11进行清洗，本实施例中， 采用标准的RCA工艺对硅衬底11进行清洗。
S102：在钝化膜12上开窗并形成对应的功能区。
步骤S102中，功能区包括N型重掺杂的集电电极13和接地电极16， P型重掺杂的漂移电极14、保护环15和入射窗口电极17，为了工艺的方 便起见，N型重掺杂区域同时加工形成，P型重掺杂区域同时加工形成， 并通过相应的辅助工艺实现相应区域的功能实现。具体的，步骤S102可 以包括步骤S1021-S1030。
S1021：在硅衬底11的正面的钝化膜12上进行光刻，形成集电极窗 口和接地窗口。
S1022：在硅衬底11的正面生成N重掺杂的硅基薄膜。
本实施例中，步骤S1022可以采用LPCVD工艺生成。
S1023：在硅衬底11正面进行光刻，去除集电电极13和接地电极16 区域之外的N重掺杂硅基薄膜。
在一个实施例具体应用中，采用步骤S1021-S1023形成的N型重掺 硅基薄膜的厚度可以在10.0-30.0nm之间，掺杂浓度可以在 1.0×1019cm-3～1.0×1021cm-3。
S1024：在硅衬底11的正面进行光刻，形成漂移环窗口和保护环窗 口；以及，在硅衬底11的入射面进行光刻，形成入射窗口和保护环窗口。
S1025：在硅衬底11的两面生成P重掺杂的硅基薄膜。
本实施例中，步骤S1025可以采用LPCVD工艺生成。
S1026：在硅衬底11的正面进行光刻，去除漂移电极14、保护环15 和分压器外的P重掺杂硅基薄膜；以及在硅衬底11的入射面进行光刻， 去除入射窗口电极17和保护环15之外的P重掺杂硅基薄膜。
在一个实施例具体应用中，采用步骤S1024-S1026形成的P型重掺 硅基薄膜的厚度可以在10.0-50.0nm之间，掺杂浓度可以在 1.0×1019cm-3～1.0×1021cm-3。
应当注意的是，为了使得相邻的漂移电极14之间形成合理的分压， 本实施例中通过沉积的P型重掺杂硅基薄膜形成分压器；分压器的电子 相对于漂移电极14的电阻大很多，以保证能够相邻漂移电极14之间的 分压。在其他实施例中，也可以采用其他独立的工艺形成分压器；。
S1027：在硅衬底11的正面进行光刻，形成集电电极13、漂移电极 14、接地电极16以及分压器上的金属窗口。
S1028：在硅衬底11的正面沉积金属，形成正面金属电极。
步骤S1028中，可以采用电子束政法工艺在硅衬底11的正面沉积形 成金属铝，本实施例中金属铝的厚度为1000nm。
在沉积完成正面金属电极后，可以通过剥离光刻胶而实现其他区域 沉积金属的去除，而实现正面金属电极的制备。
S1029：在硅衬底11的入射面进行光刻，形成入射窗口电极上的金 属窗口。
S1030：在硅衬底11的入射面沉积金属，形成入射面金属电极。
在沉积完成入射面金属电极后，可以通过剥离光刻胶而实现其他区 域沉积金属的去除，而实现入射面金属电极的制备。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅漂移探测器，其特征在于，包括：N掺杂的硅衬底和设置在所述硅衬底两个表面的钝化膜；
所述钝化膜包括依次沉积在所述硅衬底上的本征非晶硅薄膜、氧化铝薄膜和氧化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的硅漂移探测器，其特征在于，
所述本征非晶硅薄膜的厚度为1.0～20.0nm；所述氧化铝薄膜为3.0～20.0nm，所述氧化硅薄膜的厚度在400.0～600.0nm。
3.一种硅漂移探测器的制备方法，其特征在于，包括：
在N掺杂的硅衬底的表面依次沉积本征非晶硅薄膜、氧化铝薄膜和氧化硅薄膜；所述本征非晶硅薄膜、所述氧化铝薄膜和所述氧化硅薄膜形成钝化膜；
在所述钝化膜上开窗并形成对应的功能区。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
所述本征非晶硅薄膜和所述氧化硅薄膜均采用增强型等离子体化学气相沉积方法形成，所述氧化铝薄膜采用原子层沉积方法形成。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
在沉积所述本征非晶硅薄膜前，还包括对所述硅衬底进行RCA清洗的步骤。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于,在所述钝化膜上开窗并形成对应的功能区，包括：
在所述硅衬底的正面刻蚀所述钝化膜，露出阳极窗口和接地环窗口；
在所述阳极窗口区域和所述接地环窗口区域沉积N型重掺杂硅基薄膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在沉积钝化膜的所述硅衬底上，加工形成各功能区域，包括：
在所述硅衬底的正面刻蚀所述钝化膜，露出集电极窗口和保护环窗口；以及，在所述硅衬底的反面刻蚀所述钝化膜，露出入射窗口和保护环窗口；
在所述集电极窗口、所述入射窗口和所述保护环窗口沉积形成P型重掺杂硅基薄膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
采用化学气相沉积工艺形成所述N型重掺杂硅基薄膜和P型重掺杂硅基薄膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
所述N型重掺杂硅基薄膜的厚度为10.0-30.0nm，掺杂浓度在1.0×1019cm-3～1.0×1021cm-3；所述P型重掺杂硅基薄膜的厚度为10.0～50.0nm，掺杂浓度为1.0×1019cm-3～1×1021cm-3。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，还包括：
在所述P型重掺杂硅基薄膜和所述N型重掺杂硅基薄膜上制备金属电极的步骤。
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| CN (1) | CN111668320B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2022269129A1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | Oxford Instruments Technologies Oy | A radiation detector |
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| CN102157570A (zh) * | 2011-01-11 | 2011-08-17 | 上海太阳能电池研究与发展中心 | 一种用于晶体硅太阳电池的复合钝化减反膜及制备方法 |
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2020
- 2020-06-15 CN CN202010543729.9A patent/CN111668320B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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| CN111668320B (zh) | 2022-08-26 |
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