專利名稱：用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件的制作方法
用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件本發(fā)明涉及一種用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件。在本領(lǐng)域中用于檢測電磁輻射的半導(dǎo)體基器件或傳感器是己知的。這些傳感器是采用IC (集成電路)技術(shù)，如MOS (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)是適于收集由于電磁輻射而在襯 底中產(chǎn)生的電荷載流子的區(qū)域，并且是pn-或叩-結(jié)。為了檢測電離輻射，如X射線，可以施加閃爍材料，其中電離(X射線) 輻射撞擊該閃爍材料產(chǎn)生電磁輻射，然后通過光電檢測器檢測該電磁輻射。 用采用低成本CMOS或M0S技術(shù)實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體基傳感器代替光電檢測器，可 帶來多種優(yōu)點(diǎn)，如成本降低和集成的功能性。然而，電離輻射也能通過閃 爍材料，并且電離輻射透射到襯底中的深度比電離輻射撞擊在閃爍材料上 而產(chǎn)生的電磁輻射更深。因而，電離輻射也在襯底中產(chǎn)生不想要的或寄生 的電荷載流子，這降低了電磁輻射的檢測功能性，并因此大大降低了半導(dǎo) 體基傳感器的性能。US6690074公開了一種用于減少輻射感應(yīng)電流的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中 輻射感應(yīng)電流是由入射電離輻射產(chǎn)生的。該結(jié)構(gòu)包括襯底、在襯底中的第 二導(dǎo)電類型的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域、以及第一導(dǎo)電類型的防護(hù)環(huán)，該防護(hù)環(huán)用 于阻擋在第二導(dǎo)電類型的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域之間的輻射感應(yīng)寄生電流。該結(jié) 構(gòu)可以用在像素中，例如二極管中或晶體管中，其對電磁輻射是靈敏的， 用于增加抗輻射性。這種器件的缺點(diǎn)是它只能阻擋第二導(dǎo)電類型的兩個(gè)或 多個(gè)區(qū)域之間的輻射感應(yīng)寄生電流，并且它不能阻擋襯底和器件之間的進(jìn) 一步的寄生電流，該進(jìn)一步的電流是由在器件下面透射到襯底中的輻射感 應(yīng)的，并且有害地降低了該器件的性能。本發(fā)明的目的是提供一種用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件，其中減少了透 射到襯底中的電離輻射對半導(dǎo)體器件的性能的影響。本發(fā)明提供如權(quán)利要 求1要求保護(hù)的器件。有利的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求限定。根據(jù)本發(fā)明的用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件包括襯底半導(dǎo)體材料的襯 底區(qū)域和在半導(dǎo)體器件的表面上的檢測區(qū)域，在該檢測區(qū)域中，當(dāng)電磁輻 射入射到半導(dǎo)體器件上時(shí)產(chǎn)生并檢測第一導(dǎo)電類型的電荷載流子。該半導(dǎo) 體器件還包括阻擋區(qū)域，它是襯底區(qū)域和檢測區(qū)域之間的用于電離輻射透 射到襯底區(qū)域中而在襯底區(qū)域中產(chǎn)生的電荷載流子的障礙物。通過在襯底 和半導(dǎo)體器件之間設(shè)置用于電離輻射在襯底中產(chǎn)生的寄生電流的障礙物， 大大減少了電離輻射在襯底區(qū)域中產(chǎn)生并到達(dá)檢測區(qū)域的寄生電荷載流子 的數(shù)量。因此，這些寄生電荷載流子對半導(dǎo)體器件的負(fù)面影響大大減小了， 并能提高電磁輻射的檢測精確度。在根據(jù)本發(fā)明的器件的實(shí)施例中，阻擋區(qū)域包括阻擋半導(dǎo)體材料。該 半導(dǎo)體基阻擋區(qū)域可以限制電離輻射在襯底區(qū)域中產(chǎn)生的寄生電荷載流 子。在有利的實(shí)施例中，阻擋區(qū)域和襯底區(qū)域是第二導(dǎo)電類型的，與第一 導(dǎo)電類型相反，其中阻擋區(qū)域具有比襯底區(qū)域高的摻雜水平。通過這種方 式，相對高摻雜的阻擋區(qū)域有利地限制了由電離輻射在襯底區(qū)域中產(chǎn)生的 并且導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型相反的寄生電荷載流子。在有利的實(shí)施例中，包括阻擋半導(dǎo)體材料的阻擋區(qū)域還包括降低阻擋 區(qū)域的帶隙的另一阻擋半導(dǎo)體材料，這便于寄生電荷載流子在阻擋區(qū)域中 復(fù)合。優(yōu)選地，阻擋半導(dǎo)體材料包括硅，并且另一阻擋半導(dǎo)體材料包括硅 和鍺的混合物。在另一有利的實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件還包括第一導(dǎo)電類型的泄漏半導(dǎo)體材料的泄漏區(qū)域(draining region),其延伸到襯底區(qū)域中并與檢測區(qū) 域的側(cè)面區(qū)域和阻擋區(qū)域的側(cè)面區(qū)域相鄰。作為第一導(dǎo)電類型的泄漏區(qū)域 有利地使由電離輻射在襯底區(qū)域中產(chǎn)生的第一導(dǎo)電類型的寄生電荷載流子 下沉。優(yōu)選地，與泄漏區(qū)域相鄰的檢測區(qū)域的側(cè)面區(qū)域是第二導(dǎo)電類型的， 與第一導(dǎo)電類型相反，由此有利地橫向限制了檢測區(qū)域并減小了在檢測區(qū) 域中所產(chǎn)生的電荷載流子到達(dá)泄漏區(qū)域的可能性。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，包括阻擋半導(dǎo)體材料的襯底區(qū)域和阻 擋區(qū)域是與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，并且阻擋區(qū)域處于檢測區(qū) 域和另一阻擋區(qū)域之間，該另一阻擋區(qū)域包括第一導(dǎo)電類型的第二阻擋半 導(dǎo)體材料并處于阻擋區(qū)域和襯底區(qū)域之間。第一導(dǎo)電類型的另一阻擋區(qū)域 使由電離輻射在襯底區(qū)域中產(chǎn)生的第一導(dǎo)電類型的寄生電荷載流子下沉。優(yōu)選地，襯底區(qū)域具有高于10"原子/cm3的摻雜水平。相對于襯底區(qū)域的較 低摻雜水平來說，第二導(dǎo)電類型的襯底區(qū)域的相對高的摻雜水平減少了襯 底區(qū)域中的第一導(dǎo)電類型的寄生電荷載流子的壽命。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，阻擋區(qū)域包括絕緣材料，由此有效地 阻擋襯底區(qū)域中產(chǎn)生的寄生電荷載流子進(jìn)入檢測區(qū)域中。在有利的實(shí)施例 中，檢測區(qū)域包括與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的界面區(qū)域，其與 包括絕緣材料的阻擋區(qū)域相鄰。界面區(qū)域減小了在檢測區(qū)域中產(chǎn)生的電荷 載流子在絕緣區(qū)域的表面復(fù)合的可能性。優(yōu)選地，襯底區(qū)域具有高于1016 原子/cm3的摻雜水平。相對于襯底區(qū)域的較低摻雜水平來說，第二導(dǎo)電類型 的襯底區(qū)域的相對高的摻雜水平減少了襯底區(qū)域中的第一導(dǎo)電類型的寄生 電荷載流子的壽命。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，襯底區(qū)域包括復(fù)合區(qū)，其減少了襯底 區(qū)域中電荷載流子的壽命。這減少了到達(dá)阻擋區(qū)域的寄生載流子的數(shù)量。 在優(yōu)選實(shí)施例中，復(fù)合區(qū)是通過氧原子的擴(kuò)散和沉積形成的。本發(fā)明的這些和其它方面將通過參照附圖而進(jìn)一步闡述和說明，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；以及 圖2-6是根據(jù)本發(fā)明的器件的實(shí)施例的示意性剖面圖。附圖不是按照比例繪制的。 一般情況下，相同的部件在附圖中用相同 的參考標(biāo)記表示。當(dāng)受到高能帶電粒子(例如X射線X)撞擊時(shí)，閃爍材料發(fā)射低能光子 或電磁輻射，通常在可見光范圍內(nèi)。在用于檢測電離輻射(例如X射線X) 的半導(dǎo)體器件ll中，X射線X穿過閃爍材料，由此產(chǎn)生電磁輻射，然后通 過根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件11進(jìn)行檢測。然而，穿過閃爍材料的X射線X 也將穿透半導(dǎo)體器件ll。圖1示出電磁輻射L，用箭頭L表示，并來自受 到X射線X撞擊的閃爍材料(未示出)，撞擊在半導(dǎo)體器件11上并穿透半
導(dǎo)體器件11。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ll。半導(dǎo)體器件11包括檢測區(qū)域3，它可以使用本領(lǐng)域已 知的器件和技術(shù)通過檢測在這種情況下的電子來檢測電磁輻射L，所述電子 是由電磁輻射L產(chǎn)生的。此外，半導(dǎo)體器件ll包括襯底區(qū)域l，這里它是 P型材料的，X射線X將透射到其中，其中，具有比X射線X相對低的能量 的電磁輻射L將只透射到檢測區(qū)域3中。X射線X在襯底區(qū)域1中產(chǎn)生電子 和空穴，這種情況下，X射線產(chǎn)生的電子的一部分透射到檢測區(qū)域3中，由 此干擾由電磁輻射L產(chǎn)生的電子的檢測，這不利地影響了用于檢測電磁輻 射的半導(dǎo)體器件ll的性能。為了減少X射線產(chǎn)生的電子對半導(dǎo)體器件ll的性能的影響，在半導(dǎo)體 器件11中、在檢測區(qū)域3和襯底區(qū)域l之間形成p型阻擋區(qū)域2，其包括 半導(dǎo)體材料，例如硅，如圖2所示。P型阻擋區(qū)域的摻雜水平高于襯底區(qū)域 1的摻雜水平，這就將X射線產(chǎn)生的電子限制到襯底區(qū)域1上并使更少的X 射線產(chǎn)生的電子穿過更高摻雜的P型阻擋區(qū)域2從襯底區(qū)域1進(jìn)入檢測區(qū) 域3。通過在襯底區(qū)域1中引入氧原子減少到達(dá)檢測區(qū)域3的X射線產(chǎn)生電 子的數(shù)量，由此在襯底區(qū)域1中產(chǎn)生晶體缺陷，這便于X射線產(chǎn)生的電子 在襯底區(qū)域中復(fù)合。例如，通過三步爐步驟(three-st印furnace st印) 來擴(kuò)散和沉積氧原子，其中第一步包括在氮環(huán)境中、在IIOO'C到1150'C溫 度下將氧從表面擴(kuò)散到襯底區(qū)域1中，時(shí)間是2到6小時(shí)。接下來第二步 包括在60(TC到700°C的溫度下對氧進(jìn)行沉積，最后第三步包括在氮環(huán)境中、在ioocrc到iio(rc溫度下經(jīng)過以rc/分鐘的速度緩慢增大溫度，而通過沉積氧團(tuán)簇生成晶體缺陷，時(shí)間是0. 5到2小時(shí)。氧原子的濃度在10'7到10'8 氧原子/cm3的數(shù)量級上。在另一實(shí)施例中，p型阻擋區(qū)域2包括硅和鍺的混合物，優(yōu)選鍺摻雜水 平使得用于X射線產(chǎn)生的電子的勢壘在襯底區(qū)域1的一側(cè)低于在檢測區(qū)域3 的一側(cè)的勢壘。這使得X射線產(chǎn)生的電子難以進(jìn)入檢測區(qū)域3中。P型阻擋 區(qū)域2中的鍺相對于硅的1. lleV的值減小了該區(qū)域的帶隙，這利于X射線 產(chǎn)生的電子與空穴在P型阻擋區(qū)域2中復(fù)合，由此減少了 X射線產(chǎn)生的電 子的數(shù)量。優(yōu)選地，鍺含量很高，在20%—30%范圍內(nèi)。圖3示出了圖2中所示的實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)。n型插塞區(qū)6穿透襯底 區(qū)域1并與檢測區(qū)域3和p型阻擋區(qū)域2的側(cè)面相鄰。n型插塞區(qū)6使經(jīng)過 擴(kuò)散到達(dá)n型插塞區(qū)6的X射線產(chǎn)生的電子下沉或泄漏。優(yōu)選地，n型插塞 區(qū)6與檢測區(qū)域3中的每個(gè)光電二極管(未示出)相鄰。通過在n型插塞 區(qū)6和檢測區(qū)域3之間形成p型插塞區(qū)7，如圖4所示，減少了在檢測區(qū)域 3中產(chǎn)生的電子在n型插塞區(qū)6中的任何泄漏。應(yīng)該注意的是，n型插塞區(qū) 6還可以用電絕緣區(qū)代替，例如用二氧化硅填充的淺溝槽隔離區(qū)。在這種情 況下，P型插塞區(qū)7減小了在檢測區(qū)域3中產(chǎn)生的電子到達(dá)電絕緣區(qū)和p型 插塞區(qū)7之間的界面處的復(fù)合位置的可能性。減少到達(dá)檢測區(qū)域3的X射線產(chǎn)生的電子的數(shù)量的另一種方式示于圖5 中。這種情況下，半導(dǎo)體器件ll包括在檢測區(qū)域3下面的p型阻擋區(qū)域5 和在p型阻擋區(qū)域5與襯底區(qū)域l之間的掩埋n型阻擋區(qū)域4。任選地，襯 底區(qū)域1具有相對高的摻雜水平，例如1016原子/^3或更高。襯底區(qū)域1的 相對高的摻雜水平減少了襯底區(qū)域1中的X射線產(chǎn)生的電子的壽命，并且 掩埋n型區(qū)4使來自襯底區(qū)域1的試圖進(jìn)入檢測區(qū)域3的X射線產(chǎn)生的電 子下沉或泄漏。P型區(qū)5具有10"原子/cm3或更高量級的摻雜水平。圖6示出另一實(shí)施例，其中半導(dǎo)體器件11包括在檢測區(qū)域3和例如二 氧化硅的隔離阻擋區(qū)域14之間的p型界面區(qū)13，該隔離阻擋區(qū)域14位于 p型界面區(qū)13和襯底區(qū)域1之間。隔離區(qū)14阻擋由X射線在襯底區(qū)域1中 產(chǎn)生的電子進(jìn)入檢測區(qū)域3。 P型界面區(qū)13具有比檢測區(qū)域3的相鄰p型 區(qū)域更高的摻雜水平，由此減小了在檢測區(qū)域3中產(chǎn)生的電子到達(dá)隔離阻 擋區(qū)域14和p型阻擋區(qū)域5之間的界面處的復(fù)合位置的可能性。應(yīng)該注意的是，圖5和圖6的實(shí)施例中可任選地增加n型插塞區(qū)6和 任選的p型插塞區(qū)7 (參見圖3和圖4)?？傊?，本發(fā)明提供一種用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件，其包括由襯底 半導(dǎo)體材料如硅構(gòu)成的襯底區(qū)域，以及在半導(dǎo)體器件的表面上的檢測區(qū)域， 在該檢測區(qū)域中，當(dāng)電磁輻射入射到半導(dǎo)體器件上時(shí)產(chǎn)生并檢測第一導(dǎo)電 類型的電荷載流子，如電子。該半導(dǎo)體器件還包括阻擋半導(dǎo)體材料或絕緣 材料的阻擋區(qū)域，該阻擋區(qū)域是襯底區(qū)域和檢測區(qū)域之間的用于電離輻射 (如X射線)透射到襯底區(qū)域中而在襯底區(qū)域中產(chǎn)生的電荷載流子的障礙
物。通過這種方式，本發(fā)明提供一種用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件，其中減少了透射到襯底區(qū)域中的如x射線等的電離輻射對半導(dǎo)體器件的性能的影響。應(yīng)該注意的是，上述實(shí)施例只是舉例說明，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，位于括號中的任何參考標(biāo)記都不應(yīng)理解為對權(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"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、一種用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件(11)，包括由襯底半導(dǎo)體材料構(gòu)成的襯底區(qū)域(1)以及在所述半導(dǎo)體器件(11)的表面上的檢測區(qū)域(3)，在該檢測區(qū)域(3)中，當(dāng)電磁輻射(L)入射到所述半導(dǎo)體器件(11)上時(shí)產(chǎn)生并檢測第一導(dǎo)電類型的電荷載流子，該半導(dǎo)體器件(11)還包括阻擋區(qū)域(2，5，14)，該阻擋區(qū)域是所述襯底區(qū)域(1)和所述檢測區(qū)域(3)之間的障礙物，該障礙物用于電離輻射(X)透射到所述襯底區(qū)域(1)中而在襯底區(qū)域(1)中產(chǎn)生的電荷載流子。
2、 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述阻擋區(qū)域(2， 5)包括阻擋半 導(dǎo)體材料。
3、 如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述阻擋區(qū)域(2)和所述襯底區(qū) 域(1)為與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，其中所述阻擋區(qū)域(2) 具有比所述襯底區(qū)域(1)高的摻雜水平。
4、 如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述阻擋區(qū)域(2， 5)還包括降低 所述阻擋區(qū)域(2， 5)的帶隙的另一阻擋半導(dǎo)體材料。
5、 如權(quán)利要求4所述的器件，其中所述阻擋半導(dǎo)體材料包括硅，而所 述另一阻擋半導(dǎo)體材料包括硅和鍺的混合物。
6、 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述半導(dǎo)體器件(11)還包括由第 一導(dǎo)電類型的泄漏半導(dǎo)體材料構(gòu)成的泄漏區(qū)域(6)，其延伸到所述襯底區(qū) 域(1)中并與所述檢測區(qū)域(3)的側(cè)面區(qū)域和所述阻擋區(qū)域(2， 5， 14) 的側(cè)面區(qū)域相鄰。
7、 如權(quán)利要求6所述的器件，其中所述檢測區(qū)域(3)的與所述泄漏 區(qū)域(6)相鄰的側(cè)面區(qū)域?yàn)榕c所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型。
8、 如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述襯底區(qū)域(1)和所述阻擋區(qū) 域(5)為與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，所述阻擋區(qū)域(5) 位于所述檢測區(qū)域(3)和另一阻擋區(qū)域(4)之間，該另一阻擋區(qū)域(4) 包括所述第一導(dǎo)電類型的第二阻擋半導(dǎo)體材料，并位于所述阻擋區(qū)域(5) 和所述襯底區(qū)域(1)之間。
9、 如權(quán)利要求6或8所述的器件，其中所述泄漏區(qū)域(6)還與所述 另一阻擋區(qū)域(4)的側(cè)面區(qū)域相鄰。
10、 如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述阻擋區(qū)域(14)包括絕緣材料。
11、 如權(quán)利要求10所述的器件，其中所述檢測區(qū)域(3)包括與所述 第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的界面區(qū)(13)，其與所述阻擋區(qū)域(14) 相鄰。
12、 如權(quán)利要求8或10所述的器件，其中所述襯底區(qū)域(1)具有高 于10'6原子/cm3的摻雜水平。
13、 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述襯底區(qū)域(1)包括減少所述 襯底區(qū)域(1)中的所述電荷載流子的壽命的復(fù)合區(qū)。
14、 如權(quán)利要求13所述的器件，其中所述復(fù)合區(qū)是通過氧原子的擴(kuò)散 和沉積形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件(11)，其包括由例如硅等的襯底半導(dǎo)體材料構(gòu)成的襯底區(qū)域(1)以及在半導(dǎo)體器件(11)的表面上的檢測區(qū)域(3)，在檢測區(qū)域(3)中，當(dāng)電磁輻射(L)入射到半導(dǎo)體器件(11)上時(shí)產(chǎn)生并檢測第一導(dǎo)電類型的電荷載流子，例如電子。該半導(dǎo)體器件(11)還包括由阻擋半導(dǎo)體材料或絕緣材料材料構(gòu)成的阻擋區(qū)域(2，5，14)，該阻擋區(qū)域(2，5，14)是襯底區(qū)域(1)和檢測區(qū)域(3)之間的用于電離輻射(X)(例如X射線)透射到襯底區(qū)域(1)中而在襯底區(qū)域(1)中產(chǎn)生的電荷載流子的障礙物。通過這種方式，本發(fā)明提供一種用于輻射檢測的半導(dǎo)體器件(11)，其中減少了透射到襯底區(qū)域(1)中的如X射線等的電離輻射(X)對半導(dǎo)體器件的性能的影響。
文檔編號H01L31/115GK101401220SQ200780009055
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者A·黑林格, E·J·勞斯, J·W·C·韋爾特坎普, W·C·M·彼得斯, W·D·范諾爾特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司