硅漂移探测器及其加工方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
硅漂移探测器及其加工方法
本说明书涉及半导体器件
，具体涉及一种漂移探测器及其加工方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术中，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。本专利技术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，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术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，而并不认为是对本专利技术的限制。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专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。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。以本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾锐，陶科，姜帅，刘新宇，金智，张立军，王冠鹰，欧阳晓平，
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