一种X射线传感器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种X射线传感器，包括：衬底，具有相对的第一表面和第二表面；第一表面的衬底中的漂移环，第二表面的衬底中的背掺杂区；漂移环最内环内衬底中的集电掺杂区；集电掺杂区内衬底上的隔离层；隔离层上薄膜晶体管器件；连接薄膜晶体管器件栅极与集电掺杂区的连接层。该传感器具有更好的隔离效果，提高传感器的性能，同时，该传感器内通过薄膜晶体管器件将信号放大、过滤，提高了器件的驱动能力，且输出阻抗更大，噪声更低，漏电更小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件领域，尤其涉及一种X射线传感器及其制造方法。
技术介绍
X射线探测器是一种将X射线能量转换为可供记录的电信号的装置，在X射线光源聚焦后，穿过待测样品后的X射线通过X射线传感器转换为可供记录的电信号，而后通过信号处理进行成像。目前，半导体器件的探测器由于其体积小、速度快、便于信息处理以及设计灵活等优点，得到了广泛的应用，成为探测器市场的主流。硅漂移(SDD)探测器是半导体X射线探测器中的一种，其采用了硅漂移X射线传感器，该传感器主要包括形成在衬底中的环形的P+掺杂区、集电掺杂区、背掺杂区以及衬底中心区域上的环形的结型场效应晶体管(JEFT)，环形P+掺杂区形成了信号漂移环，衬底中激发的电子经过信号漂移区至集电掺杂区，该集成有漂移环和JFET的传感器，可以过滤信号噪声，提高收集面积，并能有效过滤噪声，放大信号，提高输出阻抗，增强探测器的灵敏度。然而，在该传感器中，JFET与集电掺杂区通过掺杂区实现相互的隔离，这会造成器件的漏电，影响传感器的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种X射线传感器及其制造方法，实现器件与漂移环的隔离，进一步提高传感器的性能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种X射线传感器，包括：衬底，具有相对的第一表面和第二表面；第一表面的衬底中的漂移环，第二表面的衬底中的背掺杂区；漂移环最内环内衬底中的集电掺杂区；集电掺杂区内衬底上的隔离层；隔离层上薄膜晶体管器件；连接薄膜晶体管器件栅极与集电掺杂区的连接层。可选的，薄膜晶体管器件的源漏区与集电掺杂区具有相同类型的掺杂。可选的，薄膜晶体管器件的沟道层的材料为多晶硅、非晶硅、IGZO、ZnO或石墨烯。可选的，形成在漂移环之间、漂移环最内环与集电掺杂区之间的衬底之上的掩膜层，所述掩膜层及隔离层由一并形成。可选的，还包括形成在漂移环和集电掺杂区之上的盖层。此外，本专利技术还提供了一种X射线传感器的制造方法，包括：提供衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；在第一表面的衬底中形成漂移环，以及在第二表面的衬底中形成背掺杂区；在漂移环内衬底中形成集电掺杂区；在集掺杂区内衬底上形成隔离层；在隔离层上形成薄膜晶体管器件；形成连接薄膜晶体管器件栅极与集电掺杂区的连接层。可选的，在衬底中形成漂移环至在隔离层上形成薄膜晶体管器件的步骤包括：在第一表面的衬底上淀积隔离材料；刻蚀隔离材料，在隔离材料中形成环形刻蚀区域，最内环的环形刻蚀区域中的隔离材料为隔离层，环形刻蚀区域之间的隔离材料为掩膜层；进行掺杂，在最内环之外的环形刻蚀区域下的衬底中形成漂移环，在第二表面的衬底中形成背掺杂区；在隔离层之上形成沟道层及其上的栅堆叠；进行掺杂，在最内环的环形刻蚀区域下的衬底中形成集电掺杂区，以及在栅堆叠两侧的沟道层中形成源漏区。可选的，在刻蚀隔离材料之后，进行掺杂之前，还包括：在环形刻蚀区域的衬底上形成盖层。可选的，薄膜晶体管器件的沟道层的材料为多晶硅、非晶硅、IGZO、ZnO或石墨烯。可选的，在形成薄膜晶体管器件之后，形成连接层之前，还包括：从第一表面覆盖钝化层；形成连接薄膜晶体管器件栅极与集电掺杂区的连接层的步骤包括：刻蚀钝化层并进行填充，以形成连接薄膜晶体管器件栅极与集电掺杂区的连接层。本专利技术实施例提供的X射线传感器，在漂移环内的衬底上形成了隔离层，并在隔离层上形成薄膜晶体管器件，隔离层可以有效隔离薄膜晶体管器件及其周围的掺杂区，具有更好的隔离效果，提高传感器的性能。同时，该传感器内通过薄膜晶体管器件将信号放大、过滤，提高了器件的驱动能力，且输出阻抗更大，噪声更低，漏电更小。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了根据本专利技术实施例的X射线传感器的俯视结构示意图；图1A示出了图1的AA向截面结构示意图；图2-图13示出了根据本专利技术的实施例的制造方法形成X射线传感器的各个制造过程中的传感器结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。参考图1和图1A、图13所示，为本专利技术实施例的X射线传感器的结构示意图，该X射线传感器包括：衬底100，具有相对的第一表面和第二表面；第一表面的衬底中的漂移环140，第二表面的衬底中的背掺杂区150；漂移环140最内环内衬底100中的集电掺杂区160；集电掺杂区160内衬底上的隔离层110-1；隔离层110-1上薄膜晶体管器件；连接薄膜晶体管器件栅极210与集电掺杂区160的连接层240。在本专利技术中，所述衬底100为半导体衬底，通常为具有N型掺杂的硅衬底，在优选的实施例中，所述衬底为高阻硅衬底。漂移环和背掺杂区具有相同类型的掺杂，掺杂类型通常为P+掺杂，如B离子的掺杂；集电掺杂区具有另一类型掺杂，掺杂类型通常为N掺杂，如P离子掺杂。在漂移环最内环的衬底上形成有隔离层110-1，隔离层110-1上形成有薄膜晶体管器件，薄膜晶体管器件的结构主要包括沟道层200、沟道层200上的栅介质层201、栅介质层上的栅极210，以及栅极210两侧的沟道层中的源漏区220。该薄膜晶体管器件与集电掺杂区通过隔离层实现相互的隔离，具有更好的隔离效果，提高传感器的性能。该隔离层110-1可以通过形成用于漂移环和集电掺杂区的掩膜层时一并形成，如图1A所示，掩膜层110-2形成在漂移环之间、漂移环最内环与集电掺杂区之间的衬底之上，掩膜层110-2和隔离层110-1可以通过刻蚀同一氧化物层或其他合适的绝缘材料层形成，一次工艺即可集成，且具有更好的隔离效果，减小器件内的漏电，提高传感器的性能。在漂移环和集电掺杂区之上还形成有盖层130，盖层用于保护掺杂区的衬底表面。对于本专利技术的X射线传感器，在受到X射线辐射时，在入射窗口的背掺杂区产生电子，电子在漂移电场作用下横向漂移至集电掺杂区，被集电掺杂区收集，集电掺杂区与薄膜晶体管器件栅极连接，薄膜晶体管工作后，电流从漏极流出，漏极电流信号用于进一步的信号分析。该传感器内通过薄膜晶体管器件将信号放大、过滤，提高了器件的驱动能力，且输出阻抗更大，噪声更低，漏电更小。以上对本专利技术实施例的X射线传感器进行了详细的描述，为了更好的理解本专利技术的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例的制造方法进行详细的描述。首先，提供衬底100，所述衬底具有相对的第一表面100-1和第二表面100-2，如图2所示。本实施例中，所述衬底100为具有n型掺杂的高阻硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X射线传感器，其特征在于，包括：衬底，具有相对的第一表面和第二表面；第一表面的衬底中的漂移环，第二表面的衬底中的背掺杂区；漂移环最内环内衬底中的集电掺杂区；集电掺杂区内衬底上的隔离层；隔离层上薄膜晶体管器件；连接薄膜晶体管器件栅极与集电掺杂区的连接层。

【技术特征摘要】
1.一种X射线传感器，其特征在于，包括：衬底，具有相对的第一表面和第二表面；第一表面的衬底中的漂移环，第二表面的衬底中的背掺杂区；漂移环最内环内衬底中的集电掺杂区；集电掺杂区内衬底上的隔离层；隔离层上薄膜晶体管器件；连接薄膜晶体管器件栅极与集电掺杂区的连接层。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，薄膜晶体管器件的源漏区与集电掺杂区具有相同类型的掺杂。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，薄膜晶体管器件的沟道层的材料为多晶硅、非晶硅、IGZO、ZnO或石墨烯。4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括：形成在漂移环之间、漂移环最内环与集电掺杂区之间的衬底之上的掩膜层，所述掩膜层及隔离层由一并形成。5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括形成在漂移环和集电掺杂区之上的盖层。6.一种X射线传感器的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；在第一表面的衬底中形成漂移环，以及在第二表面的衬底中形成背掺杂区；在漂移环内衬底中形成集电掺杂区；在集掺杂区内衬底上形成隔离层；在隔离层上形成薄膜晶体管器件；形成连接薄膜晶体管器件栅极与...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷华湘，贾云丛，袁烽，陈大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11