一种漂移探测器的制备方法及漂移探测器技术

本发明专利技术提供一种漂移探测器的制备方法，包括，在衬底的两面分别形成第一掩蔽层和第二掩蔽层，选择性去除第一掩蔽层和第二掩蔽层以形成第一隔离区和第二隔离区，对第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在第一掺杂隔离区和第二隔离区表面分别形成第一隔离层和第二隔离层，去除第一掩蔽层以形成阳极区和漂移环区，去除第二掩蔽层以形成收集区；对阳极区、漂移环区和收集区分别进行离子掺杂并退火；在阳极区、漂移环区和收集区形成介质层及接触孔；在接触孔中形成金属引线。本发明专利技术通过设计第一掺杂隔离区与漂移环区之间不同的掺杂类型，避免漂移环区之间的漏电，实现高击穿电压和低暗电流。本发明专利技术还提供一种应用上述制备方法得到的漂移探测器。

A preparation method of drift detector and drift detector

【技术实现步骤摘要】
一种漂移探测器的制备方法及漂移探测器
本专利技术属于半导体探测器领域，尤其涉及一种漂移探测器的制备方法及漂移探测器。
技术介绍
硅漂移探测器是在高纯N型硅片的射线入射面制备一个大面积均匀的PN突变结，在射线入射面相对的另外一面的中央制备一个点状的N型阳极，在N型阳极的周围是许多同心的P型漂移电极。工作时，在硅漂移探测器两面的PN结上施加反向电压，从而在硅漂移探测器体内产生一个势阱。在P型漂移电极上加一个电位差后，会在硅漂移探测器内产生一个横向电场，横向电场将使势阱弯曲从而迫使入射面辐射产生的电子在电场作用下先向N型阳极漂移，到达N型阳极附近产生信号。硅漂移探测器侧向PN结的结构，使得其电容很小，同时它的漏电流也较小，所以可以低噪声、快速地输出电子信号。鉴于硅漂移探测器的以上优点，被广泛应用于医学成像、X射线能谱、国家安全、天体物理以及高能核物理等领域。由于现有硅漂移探测器的制作工艺和流程比一般的半导体器件要复杂很多，尤其是对于常规的只有单面光刻工艺的半导体厂制作难度较大。在现有硅漂移探测器制备工艺中，通常是在衬底上先生长隔离层再刻蚀出阳极区、漂移环区和收集区，这种刻蚀工艺会对阳极区、漂移环区和收集区造成损伤，导致器件性能的下降。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种高击穿电压和低暗电流的漂移探测器的制备方法及漂移探测器。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种漂移探测器的制备方法，包括：提供半导体衬底，在半导体衬底的正面形成第一掩蔽层，在半导体衬底的背面形成第二掩蔽层，选择性去除第一掩蔽层以形成第一隔离区，选择性去除第二掩蔽层以形成第二隔离区；对第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在第一掺杂隔离区表面形成第一隔离层，在第二隔离区表面形成第二隔离层；去除第一掩蔽层，在第一掺杂隔离区的间隔中形成阳极区和漂移环区，去除第二掩蔽层，在第二隔离区的间隔中形成收集区；或者，在半导体衬底的正面形成第二掩蔽层，在半导体衬底的背面形成第一掩蔽层，选择性去除第二掩蔽层以形成第二隔离区，选择性去除第一掩蔽层以形成第一隔离区；对第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在第一掺杂隔离区表面形成第一隔离层，在第二隔离区表面形成第二隔离层；去除第一掩蔽层，在第一掺杂隔离区的间隔中形成阳极区和漂移环区，去除第二掩蔽层，在第二隔离区的间隔中形成收集区；对阳极区、漂移环区和收集区分别进行离子掺杂，其中，阳极区的离子掺杂类型与第一掺杂隔离区的离子掺杂类型相同，漂移环区和收集区的离子掺杂类型与阳极区的离子掺杂类型相反；对半导体衬底进行退火处理；在阳极区、漂移环区和收集区的表面形成介质层；在介质层上形成沿半导体衬底厚度方向贯穿介质层的接触孔，填充接触孔以形成金属引线。优选地，还包括：在形成第一掩蔽层和第二掩蔽层之前，在半导体衬底的正面和背面形成氧化层。优选地，形成第一隔离区的步骤，包括：在第一掩蔽层表面涂覆光刻胶；图案化光刻胶以定义出第一隔离区；采用干法刻蚀工艺去除第一隔离区表面的第一掩蔽层；去除第一掩蔽层表面的光刻胶；形成第二隔离区的步骤，包括：在第二掩蔽层表面涂覆光刻胶；图案化光刻胶以定义出第二隔离区；采用干法刻蚀工艺去除第二隔离区表面的第二掩蔽层；去除第二掩蔽层表面的光刻胶。优选地，对第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区的步骤，包括：以第一掩蔽层为掩蔽采用离子注入工艺在第一隔离区表面进行磷离子注入，形成N型掺杂，或，进行硼离子注入，形成P型掺杂。优选地，形成第一隔离层和第二隔离层的步骤，包括：采用氧化工艺形成第一隔离层和第二隔离层。优选地，去除第一掩蔽层形成阳极区和漂移环区，去除第二掩蔽层形成收集区的步骤，包括：采用磷酸湿法腐蚀工艺去除第一掩蔽层和第二掩蔽层。优选地，对阳极区进行离子掺杂，包括：在阳极区、漂移环区和第一隔离层表面涂覆光刻胶，图案化光刻胶以定义出阳极区，以漂移环区和第一隔离层表面的光刻胶为掩蔽，对阳极区进行磷离子注入，形成N型掺杂，或，进行硼离子注入，形成P型掺杂，去除漂移环区和第一隔离层表面的光刻胶。优选地，对漂移环区进行离子掺杂，包括：在阳极区、漂移环区和第一隔离层表面涂覆光刻胶，图案化光刻胶以定义出漂移环区，以阳极区和第一隔离层表面的光刻胶为掩蔽，对漂移环区进行硼离子注入，形成P型掺杂，或，进行磷离子注入，形成N型掺杂，去除阳极区和第一隔离层表面的光刻胶。优选地，对收集区进行离子掺杂，包括：在收集区和第二隔离层表面涂覆光刻胶，图案化光刻胶以定义出收集区，以第二隔离层表面的光刻胶为掩蔽，对收集区进行硼离子注入，形成P型掺杂，或，进行磷离子注入，形成N型掺杂，去除第二隔离层表面的光刻胶。优选地，对半导体衬底进行退火处理，包括：将半导体衬底进行700℃至1000℃的退火处理。优选地，在阳极区、漂移环区和收集区的表面形成介质层的步骤，包括：采用化学气相淀积工艺在阳极区、漂移环区和收集区的表面形成介质层，介质层厚度为50纳米至200纳米。优选地，半导体衬底包括本征半导体衬底或轻掺杂半导体衬底，氧化层材料包括氧化硅，层厚为3纳米至10纳米；第一掩蔽层和第二掩蔽层材料包括氮化硅，层厚为10纳米至50纳米；第一隔离层和第二隔离层材料包括氧化硅，层厚为400纳米至600纳米；介质层材料包括氧化硅或氮化硅，层厚为50纳米至200纳米；金属引线包括钛、氮化钛、铝或氮化铝中的任意一种，或者，钛/氮化钛、钛/氮化钛/铝、钛/氮化钛/铝/氮化铝组成的叠层中的任意一种。本专利技术还提供一种漂移探测器，其特征在于，包括，上述任意一项所述的制备方法形成的漂移探测器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果具体如下：本专利技术中在半导体衬底上形成第一隔离区和第二隔离区之后，对第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在第一掺杂隔离区的间隔中形成阳极区和漂移环区，在第二隔离区的间隔中形成收集区，而且阳极区离子掺杂类型与第一掺杂隔离区离子掺杂类型相同，而漂移环区和收集区的离子掺杂类型与阳极区的离子掺杂类型相反,即通过在漂移环区间隔中的第一隔离层下方形成与漂移环区掺杂类型相反的第一掺杂隔离区，避免第一隔离层下方半导体衬底在上方金属引线电压影响下出现与漂移环区掺杂类型相同的载流子积累，从而减小漂移环区之间的漏电，实现具有高击穿电压和低暗电流的硅漂移探测器的制备。附图说明图1是本专利技术实施例提供的漂移探测器的制备方法的流程图；图2-图12是本专利技术实施例提供的漂移探测器的制备方法中各步骤对应的器件结构；图13是本专利技术实施例提供的漂移探测器正面结构示意图；图14是本专利技术实施例提供的漂移探测器背面结构示意图。其中：1.半导体衬底，2.第一掩蔽层，3.第二掩蔽层，4.第一掺杂隔离区，5.第二掺杂隔离区，6.第一隔离层，7.第二隔离层，8.阳极区，9.漂移环区，10.收集区，11.介质层，12.金属引线。具体实施方式下面结合附图说明根据本专利技术的具体实施方式。在下面的描述中阐述了很多具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种漂移探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供半导体衬底，在所述半导体衬底的正面形成第一掩蔽层，在所述半导体衬底的背面形成第二掩蔽层，选择性去除所述第一掩蔽层以形成第一隔离区，选择性去除所述第二掩蔽层以形成第二隔离区；对所述第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在所述第一掺杂隔离区表面形成第一隔离层，在所述第二隔离区表面形成第二隔离层；去除所述第一掩蔽层，在所述第一掺杂隔离区的间隔中形成阳极区和漂移环区，去除所述第二掩蔽层，在所述第二隔离区的间隔中形成收集区；/n或者，在所述半导体衬底的正面形成第二掩蔽层，在所述半导体衬底的背面形成第一掩蔽层，选择性去除所述第二掩蔽层以形成第二隔离区，选择性去除所述第一掩蔽层以形成第一隔离区；对所述第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在所述第一掺杂隔离区表面形成第一隔离层，在所述第二隔离区表面形成第二隔离层；去除所述第一掩蔽层，在所述第一掺杂隔离区的间隔中形成阳极区和漂移环区，去除所述第二掩蔽层，在所述第二隔离区的间隔中形成收集区；/n对所述阳极区、漂移环区和收集区分别进行离子掺杂，其中，所述阳极区的离子掺杂类型与所述第一掺杂隔离区的离子掺杂类型相同，所述漂移环区和收集区的离子掺杂类型与所述阳极区的离子掺杂类型相反；/n对所述半导体衬底进行退火处理；/n在所述阳极区、漂移环区和收集区的表面形成介质层；/n在所述介质层上形成沿所述半导体衬底厚度方向贯穿所述介质层的接触孔，填充所述接触孔以形成金属引线。/n...

【技术特征摘要】
1.一种漂移探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底的正面形成第一掩蔽层，在所述半导体衬底的背面形成第二掩蔽层，选择性去除所述第一掩蔽层以形成第一隔离区，选择性去除所述第二掩蔽层以形成第二隔离区；对所述第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在所述第一掺杂隔离区表面形成第一隔离层，在所述第二隔离区表面形成第二隔离层；去除所述第一掩蔽层，在所述第一掺杂隔离区的间隔中形成阳极区和漂移环区，去除所述第二掩蔽层，在所述第二隔离区的间隔中形成收集区；
或者，在所述半导体衬底的正面形成第二掩蔽层，在所述半导体衬底的背面形成第一掩蔽层，选择性去除所述第二掩蔽层以形成第二隔离区，选择性去除所述第一掩蔽层以形成第一隔离区；对所述第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区，在所述第一掺杂隔离区表面形成第一隔离层，在所述第二隔离区表面形成第二隔离层；去除所述第一掩蔽层，在所述第一掺杂隔离区的间隔中形成阳极区和漂移环区，去除所述第二掩蔽层，在所述第二隔离区的间隔中形成收集区；
对所述阳极区、漂移环区和收集区分别进行离子掺杂，其中，所述阳极区的离子掺杂类型与所述第一掺杂隔离区的离子掺杂类型相同，所述漂移环区和收集区的离子掺杂类型与所述阳极区的离子掺杂类型相反；
对所述半导体衬底进行退火处理；
在所述阳极区、漂移环区和收集区的表面形成介质层；
在所述介质层上形成沿所述半导体衬底厚度方向贯穿所述介质层的接触孔，填充所述接触孔以形成金属引线。


2.根据权利要求1所述的漂移探测器的制备方法，其特征在于，还包括：
在形成所述第一掩蔽层和第二掩蔽层之前，在所述半导体衬底的正面和背面形成氧化层。


3.根据权利要求1所述的漂移探测器的制备方法，其特征在于，
形成所述第一隔离区的步骤，包括：在所述第一掩蔽层表面涂覆光刻胶；图案化所述光刻胶以定义出所述第一隔离区；采用干法刻蚀工艺去除所述第一隔离区表面的所述第一掩蔽层；去除所述第一掩蔽层表面的所述光刻胶；
形成所述第二隔离区的步骤，包括：在所述第二掩蔽层表面涂覆光刻胶；
图案化所述光刻胶以定义出所述第二隔离区；采用干法刻蚀工艺去除所述第二隔离区表面的所述第二掩蔽层；去除所述第二掩蔽层表面的所述光刻胶。


4.根据权利要求1所述的漂移探测器的制备方法，其特征在于，对所述第一隔离区进行离子掺杂形成第一掺杂隔离区的步骤，包括：
以所述第一掩蔽层为掩蔽采用离子注入工艺在所述第一隔离区表面进行磷离子注入，形成N型掺杂，或，进行硼离子注入，形成P型掺杂。


5.根据权利要求1所述的漂移探测器的制备方法，其特征在于，形成所述第一隔离层和第二隔离层的步骤，包括：
采用氧化工艺形成所述第一隔离层和第二隔离层。

【专利技术属性】
技术研发人员：许高博，殷华湘，翟琼华，
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