一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构，包括电极场板，P阱，P+区域，绝缘介质材料，N型体硅，N型MOSFET，P型MOSFET，背部电极，场板金属电极，P+引出电极，连接场板沟槽。根据本实用新型专利技术的带有气隙及沟槽场板的辐射探测器像素结构，在顶层硅MOSFET与中间电极场板间存在气隙隔离结构，该结构可以有效阻止底部电势向顶层硅MOSFET体区扩展，屏蔽辐射电离后在绝缘介质中产生TID效应；电路中MOSFET被与场板电极连接的沟槽硅包围，该结构可以进一步降低电路与传感器间寄生电容，有效屏蔽两部分信号间串扰。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构，包括电极场板，P阱，P+区域，绝缘介质材料，N型体硅，N型MOSFET，P型M0SFET,背部电极，场板金属电极，P+引出电极，连接场板沟槽。根据本技术的带有气隙及沟槽场板的辐射探测器像素结构，在顶层硅MOSFET与中间电极场板间存在气隙隔离结构，该结构可以有效阻止底部电势向顶层硅MOSFET体区扩展，屏蔽辐射电离后在绝缘介质中产生TID效应；电路中MOSFET被与场板电极连接的沟槽硅包围，该结构可以进一步降低电路与传感器间寄生电容，有效屏蔽两部分信号间串扰。【专利说明】一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构
本技术涉及一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构。
技术介绍
辐射探测器是通过收集带电粒子与辐射粒子入射路径周围的硅原子发生电离反应产生的非平衡载流子来检测带电粒子的。衡量其性能的关键参数包括分辨率、信噪比、读出速度以及辐射加固能力等。为进一步提高辐射探测器的信噪比和辐射加固能力，以及提高电荷收集效率和收集时间，需要对像素传感器及传输管等结构进行研究，对电荷收集机制和性能影响给出改进方案。 绝缘体上娃(Silicon On Insulator, SOI)像素探测器是将像素传感器同亚微米互补半导体场效应晶体管电路集成在单一芯片上。它的特点是尺寸小，分辨率高和质量低。且相对传统体硅像素探测器，不用(Bonding on) “绑定”键合封装技术，在制作工艺复杂度及成本上都有较大改善。但SOI像素探测器在实际工作中却存在一些列问题，比如背栅效应，辐射总剂量效应在埋氧中产生空穴陷阱，以及电路与传感器间的串扰等。 文章“F.F.Khalid, G.W.Deptuch, A.Shenai, et al.Monolithic Active PixelMatrix with Binary Counters (MAMBO) ASIC.Nuclear Science Symposium ConferenceRecord(NSS/MIC), 2010IEEE.2010, 1544-1550.” 中提出嵌套阱结构(Nested wellstructure NWS)，该结构可以隔离电路与传感器间的串扰，但是该结构为避免背栅效应，P讲结构必须完全包含电路部分，不能独立优化。文章“T.Miyoshi, Recent progressin development of SOI pixel detectors.Nuclear Science Symposium ConferenceRecord (NSS/MIC), 2010IEEE.2010, 1885-1888.”提出双绝缘体上硅(DSOI)像素结构，该结构在埋氧结构中包含水平场板，且该场板电位可调，该结构也可以很好的隔离电路与传感器间的串扰，但是却因为埋氧结构而在辐射条件下，引入大量空穴陷阱，从而产生总电离剂量(Total 1nizing Dose-TID)效应。公开专利“申请号:CN200980133383，成洛昀，具有气隙的浅沟槽隔离结构、采用该浅沟槽隔离结构的互补金属氧化物半导体图像传感器及其制造方”给出了气隙浅沟槽隔离结构，但是该结构主要为像素与像素之间隔离结构，且存在的气隙可避免氧化物介质产生的暗电流影响主像素信号，同本专利中要解决的问题不相关。因而，当前亟需解决SOI辐射探测器像素中电路与传感器间串扰和辐射TID效应。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种进一步降低电路与传感器间串扰，并屏蔽辐射TID效应的一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构。本技术的目的是这样实现的: 辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构，包括电极场板，P阱，P+区域，绝缘介质材料，N型体硅，N型MOSFET，P型MOSFET，背部电极，场板金属电极，P+引出电极，连接场板沟槽；在电极场板的上方，两对相互配合的N型MOSFET和P型MOSFET安装在P+引出电极的两侧，每对N型MOSFET和P型MOSFET的两侧安装有和电极场板连接的场板金属电极；电极场板、N型MOSFET、P型MOSFET、P+引出电极、场板金属电极共同封装在绝缘介质材料中；绝缘介质材料下方正中为与P+引出电极相连的P+区域，P+区域两侧为P阱，P+区域和P阱由N型体硅封装在一起；在电极场板与MOSFET之间有气隙，气隙不与MOSFET的沟道接触，气隙沿MOSFET源电极与漏电极连线的横向方向的宽度不超过源电极与漏电极的最远边界间距；气隙沿MOSFET源电极与漏电极连线的垂线方向大于MOSFET的宽度；气隙的水平接触材料为绝缘介质材料。 绝缘介质材料为氮化硅或氧化硅。 气隙的水平形状为椭圆形、矩形或圆形。 本技术的有益效果在于: 根据本技术的带有气隙及沟槽场板的辐射探测器像素结构，在顶层硅MOSFET与中间电极场板间存在气隙隔离结构，该结构可以有效阻止底部电势向顶层硅MOSFET体区扩展，屏蔽辐射电离后在绝缘介质中产生TID效应；电路中MOSFET被与场板电极连接的沟槽硅包围，该结构可以进一步降低电路与传感器间寄生电容，有效屏蔽两部分信号间串扰。 【专利附图】【附图说明】 图1为已经提出的嵌套阱像素结构； 图2为已经提出的双绝缘体上硅像素结构； 图3为本技术提出的像素结构； 图4是示出根据本技术实施例的像素结构的具体步骤的示意图； 图5是示出根据本技术实施例的像素结构的具体步骤的示意图； 图6是示出根据本技术实施例的像素结构的具体步骤的示意图； 图7是示出根据本技术实施例的像素结构的具体步骤的示意图； 图8是示出根据本技术实施例的像素结构的具体步骤的示意图； 图9是示出根据本技术实施例的像素结构的具体步骤的示意图； 图10为本技术的一种沟槽在像素中布局的俯视示意图。 图11为本技术的一种沟槽在像素中布局的俯视示意图。 图12为本技术的一种沟槽在像素中布局的俯视示意图。 图13为本技术的一种沟槽在像素中布局的俯视示意图。 图14为本技术同嵌套阱像素结构、双绝缘体上硅像素结构中N型MOSFET在辐射总剂量效应下的阈值电压偏量对比图； 图15为本技术同嵌套阱像素结构、双绝缘体上硅像素结构中P型MOSFET在辐射总剂量效应下的阈值电压偏量对比图； 图16为本技术同嵌套阱像素结构、双绝缘体上硅像素结构中电路同传感器电极间寄生电容对比图。 【具体实施方式】 下面结合后附图对本技术做进一步描述。 辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构，包括气隙，形成在电极场板之上，形成在电路金属氧化物半导体场效应晶体管的下方。气隙的水平接触材料为氧化硅介质材料。气隙结构在俯视角度时，图形可为矩形，圆形，椭圆形等被氧化物介质包围的气隙结构；形成气隙结构的步骤可以包括:采用绝缘体上硅外延片，生成一定厚度绝缘介质层，采用蚀刻方式，将绝缘介质蚀刻为非均匀结构；然后同另一顶层硅连续分布或非连续分布的绝缘体上硅外延片对接低温键合；在准备另一绝缘体上硅外延片时，顶层硅若为连续分布，则后续需要采用PN结或者浅沟槽等技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构，包括电极场板(301)，P阱(302)，P+区域(303)，绝缘介质材料(304)，N型体硅(305)，N型MOSFET(306)，P型MOSFET(307)，背部电极(308)，场板金属电极(309)，P+引出电极(310)，连接场板沟槽(311)；在电极场板的上方，两对相互配合的N型MOSFET(306)和P型MOSFET(307)安装在P+引出电极的两侧，每对N型MOSFET(306)和P型MOSFET(307)的两侧安装有和电极场板连接的场板金属电极(309)；电极场板、N型MOSFET、P型MOSFET、P+引出电极、场板金属电极共同封装在绝缘介质材料中；绝缘介质材料下方正中为与P+引出电极相连的P+区域，P+区域两侧为P阱，P+区域和P阱由N型体硅封装在一起；其特征在于：在电极场板与MOSFET之间有气隙，气隙不与MOSFET的沟道接触，气隙沿MOSFET源电极与漏电极连线的横向方向的宽度不超过源电极与漏电极的最远边界间距；气隙沿MOSFET源电极与漏电极连线的垂线方向大于MOSFET的宽度；气隙的水平接触材料为绝缘介质材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海帆，王颖，刁鸣，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23