專利名稱：用于輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件的制作方法
用于輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件本發(fā)明涉及一種用于輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件。在本領(lǐng)域中用于檢測(cè)電磁輻射的半導(dǎo)體基器件或傳感器是已知的。這些傳感器是采用IC (集成電路)技術(shù)，如M0S (金屬氧化物半導(dǎo)體)、CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)或CCD (帶電耦合器件)技術(shù)，并利用所謂的集 電結(jié)而在襯底上實(shí)現(xiàn)的，其中所述集電結(jié)是適于收集電磁輻射在襯底中產(chǎn) 生的電荷載流子的區(qū)域，并且是pn-或np-結(jié)。用于檢測(cè)如X射線等的電離輻射的半導(dǎo)體基檢測(cè)器一般基于間接轉(zhuǎn)換 檢測(cè)器技術(shù)。在間接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器中，例如采用閃爍器件，其中電磁輻射是 由電離(X射線)輻射撞擊到閃爍器件上而產(chǎn)生的。這種電磁輻射進(jìn)入半導(dǎo) 體襯底中并在那里產(chǎn)生電荷載流子，然后(例如)集電結(jié)檢測(cè)這些電荷載 流子。然而，電離輻射的一部分也將穿過(guò)閃爍器件并且透射到半導(dǎo)體襯底 中的深度比由電離輻射撞擊在閃爍器件上產(chǎn)生的電磁輻射更深。因而，電 離輻射也在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生不希望的或寄生電荷載流子，這顯著影響并 降低了電磁輻射的檢測(cè)功能性，因此大大降低了半導(dǎo)體基檢測(cè)器的性能。US5929499公開了一種用在X射線檢測(cè)器中的光電二極管陣列，其將入 射的X射線的能量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。采用閃爍器件，將入射的X射線 轉(zhuǎn)換成光子。在輻射傳播中跟隨閃爍器件設(shè)置的光電二極管陣列吸收光子， 從而獲得與入射X射線的發(fā)光強(qiáng)度成比例的光電流。光電二極管陣列設(shè)置 在襯底上，其中提取二極管連接在每?jī)蓚€(gè)相鄰光電二極管之間。所有提取 二極管的陽(yáng)極在公共陽(yáng)極觸點(diǎn)連接在一起，通過(guò)將電壓源連接到公共陽(yáng)極 觸點(diǎn)上而將電壓施加在提取二極管兩端，從而提取二極管被反向偏置，因 此阻擋電流。通過(guò)這種方式，光電二極管電隔離，并且可能少量的直接透 射到光電二極管陣列中的X射線不會(huì)產(chǎn)生噪聲信號(hào)，并且顯著減少了檢測(cè) 器溝道之間的串?dāng)_。
因此本發(fā)明的目的是提供一種用于輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件，其中改善 了對(duì)電磁輻射的檢測(cè)和對(duì)電磁輻射以外的檢測(cè)之間的分離性。本發(fā)明由獨(dú) 立權(quán)利要求來(lái)限定。有利的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求限定。本發(fā)明尤其基于以下認(rèn)識(shí)US5929499的現(xiàn)有技術(shù)器件的缺點(diǎn)是它只 阻擋了檢測(cè)溝道或光電二極管之間的X射線感應(yīng)寄生電流，沒(méi)有阻擋襯底 和器件之間的其它寄生電流。這種其它寄生電流是由直接透射到光電二極 管陣列中并且還透射到光電二極管下面的襯底中的X射線產(chǎn)生的，由此產(chǎn) 生隨后由光電二極管檢測(cè)到的電荷載流子。這不利地影響了對(duì)光子的檢測(cè)， 因?yàn)楣庾雍屯干涞腦射線被光電二極管檢測(cè)到并對(duì)電信號(hào)起作用。根據(jù)本發(fā)明的用于半導(dǎo)體襯底中的輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件包括用于檢 測(cè)電荷載流子的檢測(cè)區(qū)域，其中電荷載流子是當(dāng)輻射入射到半導(dǎo)體器件上 時(shí)產(chǎn)生的。該半導(dǎo)體器件還包括用于檢測(cè)電荷載流子的另一檢測(cè)區(qū)域，這 里的電荷載流子是當(dāng)輻射入射到半導(dǎo)體器件上時(shí)產(chǎn)生的，并且屏蔽物在其 上方延伸，用于防止電磁輻射進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域。阻擋電磁輻射進(jìn)入另一撿測(cè) 區(qū)域，但是另一檢測(cè)區(qū)域?qū)z測(cè)穿透屏蔽物并進(jìn)入另一檢測(cè)區(qū)域的其余轄 射，如電離輻射。屏蔽物未在其上延伸的檢測(cè)區(qū)域的一部分檢測(cè)其余輻射 和電磁輻射。這使得對(duì)其余輻射的檢測(cè)與對(duì)電磁輻射的檢測(cè)分離開來(lái)。例 如，通過(guò)比較由另一檢測(cè)區(qū)域產(chǎn)生的第一檢測(cè)信號(hào)和由屏蔽物不在其上延 伸的檢測(cè)區(qū)域的部分產(chǎn)生的第二檢測(cè)信號(hào)，將其余輻射對(duì)檢測(cè)信號(hào)的貢獻(xiàn) 與電磁輻射對(duì)檢測(cè)信號(hào)的貢獻(xiàn)分離開來(lái)。在優(yōu)選實(shí)施例中，輻射包括X射 線和可見(jiàn)光。W02004/054005介紹了一種X射線檢測(cè)器，包括具有在絕緣襯底上的薄 膜晶體管(TFT)和光電二極管的像素，用于將X射線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電 信號(hào)可包括在光電二極管中或在光電二極管的表面上流動(dòng)的泄漏電流。因 此X射線檢測(cè)器還包括虛擬像素，該虛擬像素包括光阻擋部件，用于阻擋 光入射到光電二極管上，這使得能夠在沒(méi)有光的情況下確定光電二極管中 流動(dòng)的泄漏電流。與本發(fā)明的區(qū)別在于X射線檢測(cè)器位于絕緣襯底上，而 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件位于半導(dǎo)體襯底中，并且施加X(jué)射線檢測(cè)器的光 阻擋部件用于確定在光電二極管中流動(dòng)的泄漏電流，如暗電流，而根據(jù)本 發(fā)明的半導(dǎo)體器件采用光阻擋部件，用于將對(duì)如X射線等的其余輻射的檢 　測(cè)與對(duì)電磁輻射的檢測(cè)分離開來(lái)。在根據(jù)本發(fā)明的器件的實(shí)施例中，閃爍器件在半導(dǎo)體器件上方延伸， 該閃爍器件將入射的電離輻射轉(zhuǎn)換成電磁輻射。通過(guò)這種方式，獲得一種 能夠檢測(cè)電離輻射的器件，進(jìn)一步改善了對(duì)電離輻射的檢測(cè)與對(duì)電磁輻射 的檢測(cè)的分離性。在根據(jù)本發(fā)明的器件的另一實(shí)施例中，與另一檢測(cè)區(qū)域相鄰的阻擋區(qū) 域防止在與另一檢測(cè)區(qū)域相鄰的半導(dǎo)體器件中產(chǎn)生的電荷載流子進(jìn)入另一 檢測(cè)區(qū)域。通過(guò)防止在相鄰區(qū)域中產(chǎn)生的電荷載流子進(jìn)入另一檢測(cè)區(qū)域， 改善了另一檢測(cè)區(qū)域與相鄰區(qū)域(例如檢測(cè)區(qū)域)的分離性，反之亦然， 由此有利地改善了對(duì)其余輻射的檢測(cè)。在根據(jù)本發(fā)明的器件的實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件還包括襯底阻擋區(qū)域， 它是半導(dǎo)體襯底和檢測(cè)區(qū)域之間以及半導(dǎo)體襯底和另一檢測(cè)區(qū)域之間的、 用于電離輻射透射到半導(dǎo)體襯底中而在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生的電荷載流子的 障礙物。通過(guò)在襯底和半導(dǎo)體器件之間設(shè)置用于由襯底中的電離輻射產(chǎn)生 的電荷載流子的障礙物，顯著減少了電離輻射在襯底中產(chǎn)生的并到達(dá)檢測(cè) 區(qū)域和另一檢測(cè)區(qū)域的寄生電荷載流子的數(shù)量。在優(yōu)選實(shí)施例中，襯底阻 擋區(qū)域包括絕緣材料。在根據(jù)本發(fā)明的器件的實(shí)施例中，屏蔽物包括在另一檢測(cè)區(qū)域上方延 伸的導(dǎo)電層。該導(dǎo)電層可有利地用作器件之間的屏蔽物和電連接層。在優(yōu) 選實(shí)施例中，屏蔽物還包括由另一導(dǎo)電材料構(gòu)成的接觸區(qū)域，其在投影方 向上包圍另一檢測(cè)區(qū)域并連接到導(dǎo)電層。該接觸區(qū)域防止在與接觸區(qū)域相 鄰的區(qū)域中產(chǎn)生的電荷載流子進(jìn)入在另一檢測(cè)區(qū)域上方延伸的區(qū)域中，反 之亦然，由此有利地改善了對(duì)其余輻射的檢測(cè)。以下將參考附圖進(jìn)一步闡述和介紹本發(fā)明的這些和其它方面，其中

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的器件的實(shí)施例的示意性剖面圖； 圖2-4是根據(jù)本發(fā)明的器件的實(shí)施例的示意性剖面圖；和 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線檢測(cè)器的示意圖。附圖不是按比例繪制的。 一般情況下，附圖中相同的部件用相同的參　考豐示記表示。當(dāng)被如X射線X等的高能帶電粒子撞擊時(shí)，閃爍器件發(fā)射低能光子或電磁輻射，通常在可見(jiàn)光范圍內(nèi)。x射線x穿過(guò)閃爍器件，由此產(chǎn)生電磁輻射，然后用半導(dǎo)體器件12檢測(cè)該電磁輻射。然而，穿過(guò)閃爍器件的X射線 X也將穿透半導(dǎo)體器件12。圖1示出通過(guò)X射線X撞擊而來(lái)自閃爍器件(未 示出)的電磁輻射L (由箭頭L表示)撞擊半導(dǎo)體器件12并穿透半導(dǎo)體器 件12。此外，由虛線箭頭X表示的X射線也穿透閃爍材料(未示出)，進(jìn)入 半導(dǎo)體器件12。半導(dǎo)體器件12包括檢測(cè)區(qū)域3，在這種情況下，它可以使 用本領(lǐng)域已知的器件和技術(shù)通過(guò)檢測(cè)電子來(lái)檢測(cè)電磁輻射L，所述電子是由 電磁輻射L產(chǎn)生的。此外，半導(dǎo)體器件12包括襯底區(qū)域1，這里它由p型 半導(dǎo)體材料構(gòu)成，X射線X將透射到襯底區(qū)域1中，然而，具有比X射線X 相對(duì)低的能量的電磁輻射L將只透射到檢測(cè)區(qū)域3中。X射線X在襯底區(qū)域 l中產(chǎn)生電子和空穴，在這種情況下，X射線X產(chǎn)生的電子的一部分透射到 檢測(cè)區(qū)域3中，由此干擾對(duì)由電磁輻射L產(chǎn)生的電子的檢測(cè)，這不利地影 響了用于檢測(cè)電磁輻射L的半導(dǎo)體器件12的性能。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體檢測(cè)器件11的實(shí)施例的剖面圖，其包括 具有檢測(cè)區(qū)域3的p型半導(dǎo)體襯底區(qū)域1。在這種情況下，檢測(cè)區(qū)域3能檢 測(cè)由電磁輻射L在檢測(cè)區(qū)域3中產(chǎn)生的電子以及由X射線X在檢測(cè)區(qū)域3 和襯底區(qū)域l中產(chǎn)生的電子。與檢測(cè)區(qū)域3相鄰，設(shè)置另一檢測(cè)區(qū)域13， 屏蔽物8在其上方延伸。屏蔽物8防止電磁輻射L進(jìn)入另一檢測(cè)區(qū)域13， 并且包括例如金屬、重?fù)诫s多晶硅或防反射涂層材料。在這種情況下，另 一檢測(cè)區(qū)域13只檢測(cè)由X射線X產(chǎn)生的電子并產(chǎn)生第一信號(hào)13A(見(jiàn)圖5)， 該第一信號(hào)是X射線X的函數(shù)。在這種情況下，檢測(cè)區(qū)域3檢測(cè)由X射線X 產(chǎn)生的電子以及由電磁輻射L產(chǎn)生的電子，并產(chǎn)生第二信號(hào)3A (見(jiàn)圖5)， 第二信號(hào)是X射線X和電磁輻射L的函數(shù)。兩個(gè)檢測(cè)區(qū)域3、 13使得能夠 在由X射線X產(chǎn)生的電子和由電磁輻射L產(chǎn)生的電子之間進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)?通過(guò)比較第一信號(hào)13A和第二信號(hào)3A,可以提取分離的X射線信號(hào)21和分 離的電磁輻射信號(hào)22，這顯著提高了對(duì)X射線X和電磁輻射L的檢測(cè)。應(yīng) 該注意的是，可以使用閃爍器件，這樣得到間接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器件，但是也可 以在沒(méi)有閃爍器件的情況下實(shí)施本實(shí)施例，這樣得到直接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器件。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體檢測(cè)器件11的實(shí)施例的剖面圖，其包括 具有檢測(cè)區(qū)域3的p型半導(dǎo)體襯底區(qū)域1，以及與檢測(cè)區(qū)域3相鄰的另一檢 測(cè)區(qū)域13。絕緣層16在檢測(cè)區(qū)域3、另一檢測(cè)區(qū)域13和襯底區(qū)域1的上 方延伸。絕緣層16上的屏蔽層18在另一檢測(cè)區(qū)域13上方延伸。屏蔽層18 防止電磁輻射L進(jìn)入另一檢測(cè)區(qū)域13，并且在這種情況下包括導(dǎo)電材料， 如鋁或鴇。應(yīng)該注意的是，可以使用能防止電磁輻射L進(jìn)入另一檢測(cè)區(qū)域 13的其它材料。在這種情況下，屏蔽層18經(jīng)接觸區(qū)域15電連接到包圍另 一檢測(cè)區(qū)域13的阻擋區(qū)域14。接觸區(qū)域15也在投影方向上包圍另一檢測(cè) 區(qū)域13，并且包括例如鋁或鎢。阻擋區(qū)域14包括例如n型半導(dǎo)體材料，由 此使經(jīng)擴(kuò)散到達(dá)阻擋區(qū)域14的X射線產(chǎn)生的電子下沉或泄漏(dmining)。 在另一實(shí)施例中，如圖4所示，襯底區(qū)域1包括襯底阻擋區(qū)域19，其用于 防止在襯底區(qū)域1中產(chǎn)生的電荷載流子進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域3和另一檢測(cè)區(qū)域13 中。襯底區(qū)域19例如是由電絕緣材料構(gòu)成的，如二氧化硅，在這種情況下， 有利地形成所謂的SOI (絕緣體上硅)襯底的一部分。圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)器10的設(shè)置，其中實(shí)現(xiàn)了分離 的X射線信號(hào)21和分離的電磁輻射信號(hào)22之間的識(shí)別。包括根據(jù)本發(fā)明 的多個(gè)半導(dǎo)體器件11的檢測(cè)器件D產(chǎn)生第一信號(hào)13A和第二信號(hào)3A，其中 第一信號(hào)13A是由另一檢測(cè)區(qū)域13檢測(cè)的X射線X的函數(shù)，第二信號(hào)3A 是由檢測(cè)區(qū)域3檢測(cè)的X射線X和電磁輻射L的函數(shù)。第一信號(hào)13A和第 二信號(hào)3A被輸入給處理器P，該處理器P之后計(jì)算分離的X射線信號(hào)21和 分離的電磁輻射信號(hào)22?？傊景l(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體襯底中的輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件， 其包括檢測(cè)區(qū)域，檢測(cè)當(dāng)輻射入射到半導(dǎo)體器件上時(shí)產(chǎn)生的電荷載流子。 該半導(dǎo)體器件還包括另一檢測(cè)區(qū)域，其檢測(cè)當(dāng)輻射入射到半導(dǎo)體器件上時(shí) 產(chǎn)生的電荷載流子。屏蔽物在另一檢測(cè)區(qū)域上方延伸，防止電磁輻射進(jìn)入 檢測(cè)區(qū)域中。通過(guò)這種方式，本發(fā)明提供一種用于輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件， 其中改善了對(duì)電磁輻射的檢測(cè)和對(duì)其它輻射的檢測(cè)之間的分離性。本發(fā)明 還提供一種檢測(cè)器，其包括該半導(dǎo)體器件和耦合到檢測(cè)區(qū)域和另一檢測(cè)區(qū) 域的處理器，用于產(chǎn)生表示電磁輻射的輸出信號(hào)。應(yīng)該注意的是，上述實(shí)施例只是舉例說(shuō)明，并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域
技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可以設(shè)計(jì)很多替換實(shí)施 例。在權(quán)利要求中，位于括號(hào)中的任何參考標(biāo)記都不應(yīng)理解為對(duì)權(quán)利要求 的限制。用詞"包括"不排除還存在權(quán)利要求中所列出的元件或步驟以外 的其它元件或步驟。在元件前面的詞語(yǔ)"一"或"一個(gè)"不排除存在多個(gè) 這種元件的情況。
權(quán)利要求
1、一種用于半導(dǎo)體襯底(1)中的輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件(11)，包括檢測(cè)區(qū)域(3)，用于檢測(cè)當(dāng)輻射(X，L)入射到所述半導(dǎo)體器件(11)上時(shí)產(chǎn)生的電荷載流子，另一檢測(cè)區(qū)域(13)，用于檢測(cè)當(dāng)輻射(X)入射到所述半導(dǎo)體器件(11)上時(shí)產(chǎn)生的電荷載流子，以及在所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)上方延伸的屏蔽物(8，18)，用于防止電磁輻射(L)進(jìn)入所述檢測(cè)區(qū)域(13)。
2、 如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述輻射包括X射線(X)和可見(jiàn)光a)。
3、 如權(quán)利要求l所述的器件，還包括在所述半導(dǎo)體器件(11)上方延伸的閃爍器件，用于將入射的電離輻射a)轉(zhuǎn)換成電磁輻射(L)。
4、 如權(quán)利要求l所述的器件，還包括與所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)相鄰 的阻擋區(qū)域(14)，用于防止在與所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)相鄰的半導(dǎo)體器 件中所產(chǎn)生的電荷載流子進(jìn)入所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)。
5、 如權(quán)利要求1所述的器件，還包括襯底阻擋區(qū)域(19)，該襯底阻 擋區(qū)域(19)是在所述半導(dǎo)體襯底(1)和所述檢測(cè)區(qū)域(3)之間以及所 述半導(dǎo)體襯底(1)和所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)之間的、用于電離輻射(X) 透射到所述半導(dǎo)體襯底(1)中而在所述半導(dǎo)體襯底(1)中產(chǎn)生的電荷載 流子的障礙物。
6、 如權(quán)利要求5所述的器件，其中所述襯底阻擋區(qū)域(19)包括電絕 緣材料。
7、 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述屏蔽物(8， 18)包括在所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)上方延伸的導(dǎo)電層(18)。
8、 如權(quán)利要求7所述的器件，其中所述屏蔽物(8,18)還包括由另一 導(dǎo)電材料構(gòu)成的接觸區(qū)域(15)，該接觸區(qū)域(15)在投影方向上包圍所述 另一檢測(cè)區(qū)域(13)，并且該接觸區(qū)域(15)連接到導(dǎo)電層(18)。
9、 一種檢測(cè)器(10)，包括如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件(11)和 耦合到所述檢測(cè)區(qū)域(3)和所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)的處理器(P)，用于 產(chǎn)生表示所述電磁輻射(L)的輸出信號(hào)(22)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在半導(dǎo)體襯底(1)中的輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件(11)，包括檢測(cè)區(qū)域(3)，其檢測(cè)當(dāng)輻射(X，L)入射到半導(dǎo)體器件(11)上時(shí)產(chǎn)生的電荷載流子。該半導(dǎo)體器件(11)還包括另一檢測(cè)區(qū)域(13)，其檢測(cè)當(dāng)輻射(X)入射到半導(dǎo)體器件(11)上時(shí)產(chǎn)生的電荷載流子。屏蔽物(8，18)在所述另一檢測(cè)區(qū)域(13)上方延伸，防止電磁輻射(L)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域(13)中。通過(guò)這種方式，本發(fā)明提供一種用于輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件(11)，其中提高了對(duì)電磁輻射(L)的檢測(cè)和對(duì)其它輻射的檢測(cè)之間的分離性。本發(fā)明還提供一種包括該半導(dǎo)體器件(11)和耦合到檢測(cè)區(qū)域(3)和另一檢測(cè)區(qū)域(13)的處理器(P)的檢測(cè)器(10)，用于產(chǎn)生表示電磁輻射(L)的輸出信號(hào)(22)。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK101401208SQ200780009050
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者A·黑林格, J·A·盧杰恩迪克, J·W·C·韋爾特坎普, W·D·范諾爾特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司