DE2235680B2 - Ortsaufloesende detektoranordnung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Ortsaufloesende detektoranordnung und verfahren zu ihrer herstellung

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Description

Oberfläche des Halbleiterkörpers von einer Oxidschicht gedeckt ist, und daß die sperrfreien Elektroden in einem dönngeätzten mittleren Bereich des Silizium-Halbleiterfcörpers angeordnet sind.
Es wurde nämlich erkannt, daß durch die Anwendung der Planartechnik die Egenschaften der Detektoran ordnung wesentlich verbessert wcden können, und daß in Verbindung mit einem hochohmigen Halbleitermate rial Umdotierangen unter der Oxidschicht praktisch nicht auftreten können. Die Oxidschicht selbst bildet aber einen Schutz für die sperrenden Elektroden, deren Wirksamkeit sich auch bei verhältnismäßig hohen Temperaturen nicht wesentlich ändert. Durch das Dünnätzen des Halbleiterkörpers wird ein Oberspre chen verhindert Außerdem ist mit dieser Detektoran- Ordnung ein stabiler Betrieb im Vakuum über längere Zeit möglich.
Die Herstellung von Elektroden an einem Halbleiter körper in Planartechnik ist bekannt (Radio und Fernsehen, 12 [1963], Heft 22, Seiten 705 und 706). In der bekannten Planartechnik hat man einen hochohmigen Halbleiterkörper vermieden, weil ein Material mit hohem spezifischen Widerstand nur wenige gewünschte Störstellen in gleichmäßiger Verteilung hat. Das hochohmige Material ist deshalb entsprechend empfindlieh gegen inhomogene Ansammlungen von ungewollten Störstellen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen. In den Fig 1 bis 4 sind die verschiedenen Verfahrensschritte zur Herstellung einer Detektoranordnung nach der Erfindung dargestellt.
Nach Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper 2 aus n-leitendem einkristallinem Halbleitermaterial mit hohem spezifischen Widerstand, insbesondere Silizium, mit einer Oxidschicht 4 versehen. Hierzu wird zunächst die Oberfläche durch mechanische oder chemische Abtragung einer geringen Oberflächenschicht von Kristallstörungen befreit und dann durch einen Reinigungsprozeß sowohl störende Fremdionen und Verunreinigungen als auch auf der Oberfläche abgelagerte anorganische oder auch organische Teilchen beseitigt. Diese Oxydschicht 4 kann zweckmäßig in einem Gasstrom, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, hergestellt werden. Der Gasstrom kann zweckmäßig im wesentlichen Sauerstoff enthalten, oder er kann auch mit Inertgasen oder Stickstoff gemischt sein. Ferner ist beispielsweise Wasserdampf geeignet, dem zusätzlich Sauerstoff O2 zugesetzt ist. Gegebenenfalls können auch noch andere bekannte Oxydationsmittel, beispielsweise CO2, verwendet werden.
Anschließend wird in bekannter Weise, insbesondere durch sogenannte Photoätztechnik, ein Teil der Oxydschicht 4 entfernt, der fur das fertige Bauelement nicht benötigt wird. Zu diesem Zweck wird nach F i g. 2 wenigstens die obere Flachseite des Halbleiterkörpers 2 mit einer Schicht aus photoempfindlichem Lack versehen, welche die Oxydschicht 4 bedeckt. Aus dieser Lackschicht werden mit Hilfe einer Ätzmaske in der Form der später benötigten Abdeckung der Oxydschicht 4 vorbestimmte Teile belichtet und entwickelt Die belichteten Teile sind empfindlich für ein Lösungsmittel und diese werden nach der Belichtung während der anschließenden Entwicklung herausgewaschen, so daß nur noch streifenförmige Brücken 6 aus dem resistenten Photolack auf der Oberfläche der Oxyd-Schicht 4 verbleiben.
Der so vorbereitete Halbleiterkörper 2 wird einem ÄtZDrozeß unterzogen und '!ie Oxydschicht 4 vom Halbleiterkörper 2 mit Ausnahme derjenigen Teile 8 entfernt, die von den Brücken 6 abgedeckt sind. Die Brücken 6 werden mit einem geeigneten Lösungsmittel abgewaschen, so daß nur noch die ebenfalls streifenförmigen Teile 8 der Oxydschicht verbleiben, wie es in F1 g. 3 dargestellt ist.
Gegebenenfalls können auch die Teile der Oxydschicht 4 an der unteren Flachseite sowie an den beiden seitlichen Schmalflächen des Halbleiterkörpers 2 mit einem gegen das verwendete Ätzmittel widerstandsfähigen Material abgedeckt werden. Dann werden diese Teile der Oxydschichi zunächst vom Halbleiterkörper noch nicht entfernt
Die Oxydschichtteile 8 bilden mit ihren Zwischenräumen auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 2 streifenförmige Fenster, in die ein Dotierungsstoff eindiffundiert wird, der nach Fig.4 den Fenstern vorgelagerte, ebenfalls streifenförmige Elektroden 10 aus p-leitendem Silizium bildet In Verbindung mit dem η-leitenden Halbleiterkörper 2 kann als p-dotierender Stoff vorzugsweise Bor B in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden, so daß zwischen den Elektrodenbereichen 10 und dem Halbleiterkörper 2 ein mit 12 bezeichneter pn-Übergang entsteht. Die Diffusionstiefe des eindiffundierten Dotierungsstoffes und damit die Tiefe der Elektroden 10 ist abhängig von den Absorptionseigenschaften der zu empfangenen Strahlung. Ist die Detektoranordnung beispielsweise für ^-Strahler, mit einer Energie von 25 KeV bestimmt, so kann die Diffusionstiefe und damit die Dicke der empfindlichen Schicht des Detektors vorzugsweise etwa 0,1 - 1 μΐη, insbesondere etwa 0,3 μπι, betragen. Geeignet ist auch noch eine Schichtdicke bis zu etwa 5 μιη. Sie wird zweckmäßig wenigstens 0,03 μηι dick bemessen sein, weil noch dünnere Schichten schwierig herzustellen sind.
Während des Diffusionsvorganges entsteht auf den Oberflächenteilen des Halbleiterkörpers 2 in dem Fenster eine Glasschicht 14. Derartige Glasschichten wirken sich im allgemeinen nicht nachteilig auf die Eigenschaften des Detektors aus, und sie können deshalb unter Umständen als Schutzschicht auf der Elektrodenoberfläche bleiben. Die Dicke dieser Glasschicht 14 beträgt im allgemeinen wesentlich weniger als 0.1 μιη.
Der Halbleiterkörper 2 wird anschließend dünngeätzt, indem wenigstens der äußere Rand mit einer in der Figur nicht dargestellten, als Schutzschicht wirkenden Wachsschicht versehen wird und dann ein Teil des Halbleiterkörpers abgetragen wird. Der dünne Halbleiterkörper 2 wird dann auf dieser Flachseite mit ebenfalls streifenförmigen Elektroden 16 versehen, die mit dem Halbleiterkörper 2 jeweils einen ohmschen Kontakt bilden. Sie können vorzugsweise aus Aluminium bestehen, das auf den Halbleiterkörper 2 aufgebracht ist und beispielsweise aufgedampft und anschließend anlegiert sein kann. Diese Elektroden 16 sind gegenüber den streifenförmigen Elektroden 10 auf der oberen Flachseite um einen vorbestimmten Winkel, insbesondere wenigstens etwa 90°, versetzt. Besonders vorteilhaft ist eine Verlängerung der Elektroden 16 über den äußeren Rand des Halbleiterkörpcrs 2 zur oberen Flachseite. Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß sich die Anschlußkontakte aller Elektroden auf der gleichen Flachscite des Detektors befinden. Es werden dann auch alle Anschlußleiter, die in der Figur nicht dargestellt sind, von der gleichen Seite abgeführt.
Die Leitungsverbindungen der Flektroden 16 von der
unteren zur oberen Flachseite können vorzugsweise dadurch hergestellt werden, daß schon die streifenförmigen Elektroden 16 und die in Fig.4 mit 17 bezeichneten Leitungsverbindungen über die Schmalseite des Halbleiterkörpers 2 in einem gemeinsamen Arbeitsgang, beispielsweise durch Schrägbedampfung, hergestellt werden. Auf der oberen Flachseite kann dann zweckmäßig noch ein Anschlußstück 18 vorgesehen sein.
Der Abstand d der Elektroden 10 an der Oberseite kann zweckmäßig gering gehalten werden. Er kann zweckmäßig nicht wesentlich größer als 100 μίτι, vorzugsweise weniger als 50 μΐη und unter Umständen sogar nur etwa 20μηι, betragen. In Verbindung mit einem geringen Abstand der Elektroden 10 kann die Anordnung an der Oberseite zweckmäßig mit einem elektrisch leitenden Randstreifen 26 versehen werden, der vorzugsweise durch Eindiffundieren von Dotierungsstoff hergestellt werden kann. Diese diffundierte
Randschicht 26 führt den Sperrstrom an der äußeren Begrenzung ab und bildet somit einen Schutzring, der das Rauschen der Detektoranordnung auf einen vernachlässigbar geringen Wert begrenzt. Es bleibt nur noch das Rauschen durch den Volumensperrstrom, der aber bekanntlich sehr klein ist.
In der Ausführungsform nach Fig.4 kann das Übersprechen auf der Rückseite auch noch dadurch vermindert werden, daß die Breite der Streifenelektroden 16 wesentlich geringer gewählt wird als die Elektrodenbreite a an der Oberseite. Damit wird eine gegenseitige Beeinflussung wesentlich vermindert, und man erhält eine Entkopplung der Vorverstärker. Der gegenseitige Abstand der Elektroden 16 auf der Rückseite kann in Verbindung mit einem vorbestimmten spezifischen Widerstand des Halbleitermaterials vorzugsweise so gewählt werden, daß der Widerstand zwischen den Streifen wenigstens etwa 5 kQ, insbesondere mindestens 50 kQ. beträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche: Widerstand des Halbleiterkörpers zwischen den sperrfreien Elektroden (16) mindestens 5000 0hm, insbesondere mindestens 50 000 Ohm beträgt
1. Ortsauflösende Detektoranordöung for ionisierende Strahlung, deren Halbleiterkörper aus n-leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 100 Ohmcm auf einer Flachseite mit streifenförmigen, parallel zueinander angeordneten, gleichrichtenden Elektroden und auf dergegenüberliegenden Flachseite mit ebenfalls streifenförmigen und parallel zueinander angeordneten, sperrfreien Elektroden versehen ist, welche die gleichrichtenden Elektroden kreuzen und deren Kreuzungspunkte jeweils einen Detektorbereich bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden Elektroden {10) als diffundierte Sperrschichtelektroden ausgebildet sind, deren pn-Obergang (12) jeweils an der Oberfläche des Halbleiterkörpers (2) von einer Oxidschicht (8) bedeckt ist, und daß die sperrfreien Elektroden (16) in einem dünngeätzten mittleren Bereich des Silizium-Halbleiterkörpers (2) angeordnet sind
2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sperrfreien Elektroden (16) mit dem Rand der mit Sperrschichtelektroden versehenen Flachseite des Silizium-Halbleiterkörpers (2) elektrisch leitend verbunden sind.
3. Detektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium-Halbleiterkörper (2) in seinem Randbereich wesentlich dicker ist als im Bereich der Elektroden (10,16).
4. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (2) an veiner mit Sperrschichtelektroden versehenen Flachseite mit einem Schutzring (26) aus elektrisch leitendem Material versehen ist.
5. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der sperrfreien Elektroden (16) geringer ist als die Breite (a)der Sperrschichtelektroden (10).
6. Detekio'-anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der sperrfreien Elektroden (16) geringer ist als ihr gegenseitiger Abstand.
7. Verfahren zum Herstellen einer Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Flachseite des η-leitenden Halbleiterkörpers (2) eine Oxidschicht (8) angebracht und mit streifenförmigen fensterartigen öffnungen versehen wird, daß in die freigelegten Oberflächenteile ein p-dotierender Stoff eindiffundiert wird, daß anschließend ein Teil des Silizium-Halbleiterkörpers (2) an der gegenüberliegenden Flachseite durch Dünnätzen abgetragen und dann der Halbleiterkörper auf dieser Seite mit sperrfreien Elektroden (16) versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial bis auf eine Dicke des Halbleiterkörpers (2) von weniger als 100 μΐη, insbesondere weniger als 50 μιη, abgeätzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sperrfreien Elektroden (16) durch Aufdampfen von Metall auf den Halbleiterkörper (2) und anschließendes Einlegieren hergestellt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der sperrfreien Elektroden (16) so gewählt wird, daß der Die Erfindung bezieh» sich auf eine ortsauflösende Detektoranordnung für ionisierende Strahlung, deren
w Halbleiterkörper aus η-leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 100 Ohmcm auf einer Flachseite mit streifenförmigen, parallel angeordneten, gleichrichtenden Elektroden und auf der gegenüberliegenden Flachseite mit ebenfalls streifen-
förmigen und parallel zueinander angeordneten, sperrfreien Elektroden versehen ist, welche die gleichrichtenden Elektroden kreuzen und deren Kreuzungspunkte jeweils einen Detektorbereich bilden.
Ein aus der DT-OS 16 J4 223 bekannter Detektor dieser Art enthält auf der oberen Flachseite eine größere Anzahl parallel zueinander angeordnet streife.nförmiger Elektroden, denen jeweils eine Oberflächen-Grenzschicht vorgelagert ist. Die Elektroden bestehen aus einer aufgedampften Goldschicht, die mn
der Halbleiterscheibe einen Übergeng des Schottky-Typs b-ldet. Die gegenüberliegende untere Flachseite des Halbleiterkörpers, der aus Germanium oder Silizium bestehen kann, enthält ebenfalls streifenföimige Elektroden aus aufgedampftem Aluminium mit
ohmschem Charakter, die gegenüber den gleichrichtenden Elektroden auf der oberen Flachseite um einen vorbestimmten Winkel, vorzugsweise einen rechten Winkel, versetzt sind. Die kreuzungspunkte der Elektroden auf beiden Flachseiten des Halbleiterkörpers bilden jeweils einen Einzeldetektor für die einfallende Strahlung. Diese Anordnung ist geeignet als ortsauflösender Detektor sowohl für geladene Teilchen als auch für Gamma- und Röntgenstrahlen sowie für Lichtstrahlen mit einer Energie größer als etwa 1.1 eV.
fjo Die&e Zähler mit aufgedampften Elektroden sind aber empfindlich gegen hohe Temperaturen. Sie benotigen nämlich zu ihrem Aufbau Kunststoffteile, insbesondere Epoxidharz-Schichten, die bereits bei Temperaturen oberhalb 1500C verbrennen und den Detektor unbrauchbar machen. Außerdem sind solche Grenzschichtzähler mit einem Metall-Halbleiterübergang für hohe Temperaturen weniger gut geeignet, weil bei erhöhter Temperatur das Metall in den Halbleiterkörper eindiffundieren oder auch mit dem Halbleitermaterial legieren und den als Sperrschicht wirkenden Metall-Halbleiterübergang zerstören kann.
Bei den bekannten Grenzschichtzählern ist es ferner möglich, daß von den in die empfindliche Zone unterhalb einer Elektrode eintretenden geladenen Teilchen oder Quanten einige nicht von dem auf der Rückseite des Halbleiterkörpers zugeordneten Kreuzungspunkt registriert werden, sondern zu einem benachbarten Kreuzungspunkt gelangen. Diese als Übersprechen bezeichnete Erscheinung fälscht das Meßergebnis.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine ortsauflösende Detektoranordnung zu schaffen, die ohne besondere Kühlung bei höheren Temperaturen verwendet werden kann und bei der das Übersprechen weitgehend verhindert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gleichrichtenden Elektroden als diffundierte Sperrschichtelektroden ausgebildet sind, deran pn-übergang jeweils an der
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