制造辐射检测结构的制作方法

本申请案请求2014年6月23日申请的美国临时专利申请案第62/015,573号的权益，所述临时专利申请案全文在此以引用的方式并入本文中。

关于联邦赞助的研究或开发的声明

本发明是根据美国国土安全部(国内核检测办公室学术研究计划)授予的第ECCS-1348269号合同通过美国政府支持进行的。美国政府在本发明中享有某些权利。

背景技术：

已提出将固态辐射检测器(例如中子检测器及γ(gamma)射线检测器)作为对基于含气管的检测器的替代。举例来说，固态辐射检测器可包括具有嵌入于半导体衬底内的辐射检测材料的辐射检测异质结构，当辐射冲击这种辐射检测器时，辐射检测材料可通过释出带电反应产物而对辐射作出响应。在此情况下，半导体衬底可用来收集带电反应产物并指示辐射检测事件。

举例来说，可通过使用物理蚀刻工艺(例如反应性离子蚀刻(RIE))在半导体衬底中形成沟槽，接着使用化学气相沉积(CVD)将辐射检测材料沉积在所形成的沟槽内来形成辐射检测异质结构。然而，RIE及CVD工艺是非常复杂的，需要昂贵的专业设备并可导致辐射检测材料的不良填充比。因此，存在对于以减少的成本和复杂度来制造辐射检测结构的增强型方法的需要，以克服现有方法的局限性。

技术实现要素：

在一方面，通过提供一种用于制造辐射检测结构的方法，克服了先前技术的缺点并提供了额外优点。所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括从其表面延伸到半导体衬底中的多个凹腔；及将辐射检测材料的辐射检测粒子电泳沉积至延伸到所述半导体衬底中的多个凹腔中，其中所述电泳沉积用辐射检测粒子填充所述多个凹腔。举例来说，所述方法可允许辐射检测粒子深入到达凹腔并完全填充凹腔，包括具有大纵横比的紧密间隔的凹腔。

在一个实施例中，所述提供包括电化学蚀刻半导体衬底以形成延伸到半导体衬底中的多个凹腔。举例来说，电化学蚀刻允许形成有均匀尺寸的多个凹腔，例如，没有瓶颈，以便于在其中沉积辐射检测粒子。

在另一实施例中，所述方法包括将半导体衬底连接到电解设备的电极，及使用所述电解设备以用于电化学蚀刻及电泳沉积两者。举例来说，使用组合式电解设备可改善工艺效率。

在另一实施例中，所述提供进一步包括用多个表面缺陷区域来图案化半导体衬底的表面，且所述电化学蚀刻包括使用多个表面缺陷区域来便于穿过所述多个表面缺陷区域电化学蚀刻到所述半导体衬底中，以形成延伸到半导体衬底中的多个凹腔。举例来说，图案化允许形成后的凹腔具有任何所需配置，包括尺寸和间距。

在一个实施例中，半导体衬底的表面包括(111)表面且所述电化学蚀刻便于形成穿过所述半导体衬底的(111)表面的多个凹腔。举例来说，电化学蚀刻可用以形成均匀凹腔，而不管半导体衬底的定向如何，因为蚀刻速率是由电化学而非晶体定向确定的。

在另一个实施例中，电泳沉积包括用辐射检测粒子过填充半导体衬底的多个凹腔，及将在所述多个凹腔上方的过填充的辐射检测粒子向下移动到延伸到所述半导体衬底的所述多个凹腔中，以进一步增加安置于其中的辐射检测粒子的量。举例来说，增加辐射检测材料的量可用以增加辐射检测结构的灵敏度，因为更大量的材料可与入射辐射相互作用。

经由本发明的技术实现额外特征和优点。本发明的其它实施例和方面在本文中得到详细描述并且被认为是所请求的本发明的一部分。

附图说明

在本说明书的结论处的权利要求书中将本发明的一或多个方面确切地指出和清楚地请求为实例。本发明的前述和其它目标、特征及优点从结合附图作出的以下详细描述显而易见，其中：

图1描绘根据本发明的一或多个方面的用于制造辐射检测结构的工艺的实施例；

图2A为根据本发明的一或多个方面的在辐射检测结构制造工艺中发现的结构的横截面正视图；

图2B为根据本发明的一或多个方面的图2A在用多个表面缺陷区域图案化其半导体衬底的表面之后的结构平面视图；

图2C为根据本发明的一或多个方面的图2B结构的一个实施例的横截面正视图；

图2D描绘根据本发明的一或多个方面的图2C的在电化学蚀刻其半导体衬底以形成延伸到半导体衬底中的多个凹腔之后的结构；

图2E描绘根据本发明的一或多个方面的图2D的在结构上方提供材料的保形层(包括在其凹腔内)之后的结构；

图2F描绘根据本发明的一或多个方面的图2E的在p-n结已形成于其半导体衬底内之后的结构；

图2G描绘根据本发明的一或多个方面的图2F的在从其多个凹腔中任选移除材料的保形层之后的结构；

图2H描绘根据本发明的一或多个方面的用以将辐射检测粒子电泳沉积到图2G的结构的多个凹腔中的电泳沉积设备；

图2I描绘根据本发明的一或多个方面的图2G在将辐射检测粒子电泳沉积到延伸到其半导体衬底中的多个凹腔中之后的结构；

图2J描绘根据本发明的一或多个方面的图2G的在用辐射检测粒子过填充其半导体衬底的多个凹腔之后的结构；

图2K描绘根据本发明的一或多个方面的图2J的在将任何过填充辐射检测粒子移动到延伸到半导体衬底的多个凹腔中之后的结构；

图2L为根据本发明的一或多个方面的图2K的结构的平面视图；以及

图3A描绘根据本发明的一或多个方面的使用替代辐射检测结构制造工艺获得并待填充的结构的一个实施例；

图3B描绘根据本发明的一或多个方面的图3A的在用辐射检测粒子填充半导体衬底的多个凹腔之后的结构；以及

图4描绘根据本发明的一或多个方面的辐射检测结构。

具体实施方式

下文参考附图中说明的非限制性实例更充分解释本发明的各方面及其某些特征、优点和细节。省略对熟知材料、制造工具、处理技术等的描述，以免不必要地在细节上混淆本发明。然而，应理解，实施方式和具体实例虽然指示本发明的各个方面，但是仅以说明的方式而非限制的方式而给定的。从本发明中潜在发明概念的精神和/或范围内的各种替代、修改、添加和/或布置对于所述领域的技术人员是显而易见的。

本发明部分地提供用于制造以供(例如)在用于检测中子或γ辐射的辐射检测器中使用的固态辐射检测结构的方法。这种辐射检测器可用来(例如)监测端口、高速公路、商业中心等处的违禁核活动，在任何情况下，可能需要部署以帮助提升国家安全。辐射检测器的广泛部署因制造成本和现有辐射检测器(例如含气管辐射检测器)的过度大小而受阻。增强型固态辐射检测器可解决这些问题中的至少一些并便于其广泛部署。

例如，固态辐射检测器可利用固态辐射检测结构，例如具有半导体材料及辐射检测材料的异质结构。制造这种结构的一种方式是在半导体衬底中形成凹腔(例如空穴或沟槽)并在所形成凹腔内提供辐射检测材料。确切地说，反应性离子蚀刻(RIE)可用来在半导体衬底内形成凹腔且化学气相沉积(CVD)可能用来在所形成凹腔内提供辐射检测材料。不幸的是，RIE及CVD工艺均昂贵及费时，需要专业设备并且不易于扩展。

有利的是，本文所公开的方法提供形成辐射检测结构的较低成本的可扩展的方法，其允许辐射检测结构的高产量形成。另外，本文公开的方法产生增强型辐射检测器，其在凹腔内含有较大比例的辐射检测材料。此外，所公开的方法可通过允许辐射检测结构的室温制造来简化制造工艺且提高产率，并避免使用有毒的过程气体(process gas)。

下文参看图式，图式为便于理解而未按比例绘制，其中贯穿不同图式使用的相同参考标号标示相同或类似组件。

图1描绘根据本发明的一或多个方面的用于制造辐射检测结构的工艺的实施例。

辐射检测结构的制造100包括(例如)：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有从其表面延伸到半导体衬底中的多个凹腔110；及将辐射检测材料的辐射检测粒子电泳沉积到延伸到所述半导体衬底中的多个凹腔中，其中所述电泳沉积用辐射检测粒子填充多个凹腔120。

在一个实例中，所述提供110包括电化学(或化学)蚀刻半导体衬底以形成延伸到半导体衬底中的多个凹腔。在此情况下，所述提供可进一步包括用多个表面缺陷区域来图案化半导体衬底的表面，且电化学蚀刻可包括使用多个表面缺陷区域来便于穿过所述多个表面缺陷区域电化学蚀刻到半导体衬底中，以形成延伸到半导体衬底中的多个凹腔。在另一实例中，所述方法可进一步包括将半导体衬底连接到电解设备的电极，及使用所述电解设备以用于蚀刻及电泳沉积两者。

在一个实施方案中，电化学(或化学)蚀刻可包括形成宽度针对多个凹腔的从半导体衬底的上表面的长度大致恒定的所述多个凹腔，其中多个凹腔的大致恒定宽度便于将辐射检测材料电泳沉积到多个凹腔中。在另一个实施方案中，电化学蚀刻包括在电化学蚀刻期间将半导体衬底用作电极。在另一实施方案中，半导体衬底的表面是或包括(111)表面，且蚀刻便于形成穿过半导体衬底的(111)表面的多个凹腔。

在一个实施例中，电泳沉积120包括：将辐射检测粒子分散在半导体衬底的多个凹腔所暴露到的液体内；及施加电磁场，所述电磁场基本上沿着其中多个凹腔延伸到半导体衬底的方向定向，其中电磁场便于将辐射检测粒子沉积在半导体衬底的多个凹腔内。在另一个实施例中，选择电磁场的强度以达到辐射检测粒子在半导体衬底的多个凹腔内的目标填充比。

在一个实施例中，电泳沉积120包括：用辐射检测粒子过填充半导体衬底的多个凹腔；及接着移动或迫使过填充的辐射检测粒子进入延伸到半导体衬底的多个凹腔中，以增加安置于其中的辐射检测粒子的量。在此情况下，所述移动可包括以机械方式迫使过填充的辐射检测粒子进入半导体衬底的多个凹腔中。在另一个实施例中，所述安置可包括使辐射检测结构退火以将过填充的辐射检测粒子向下压缩到半导体衬底的多个凹腔中。

在一个实例中，电泳沉积120可包括将例如在1nm到3μm的范围中的辐射检测材料的不同大小的辐射检测粒子布置到半导体衬底的多个凹腔中，其中所述不同大小的辐射检测粒子的组合便于用辐射检测材料填充所述多个所述凹腔。

在另一个实例中，提供110可包括提供特征开口(characteristic opening)在3μm到5μm的范围中的半导体衬底的多个凹腔，且电泳沉积便于驱动在例如1nm到3μm的范围中的辐射检测粒子进入多个凹腔中。在另一个实例中，电泳沉积120可包括在电泳沉积期间将半导体衬底用作电极。

在一或多个实施方案中，所述方法可包括在电泳沉积之前在半导体衬底内形成连续p-n接面，所述连续p-n结部分地平行于所述半导体衬底的表面(多个凹腔从其延伸到所述半导体衬底中)布置，并与在其中界定多个凹腔的半导体衬底的内腔壁成间隔对置的关系，其中所述持续p-n结与半导体衬底的表面间隔的距离大于连续p-n结以对置关系与半导体衬底的内腔壁间隔的距离。

在某些实施方案中，选择辐射检测材料以通过释出带电反应产物对辐射作出响应，且所述辐射检测结构感测带电反应产物来检测辐射。

在一或多个实施例中，辐射检测结构可为中子检测结构，且辐射检测材料可包括硼。在另一个实例中，辐射检测结构可为γ辐射检测结构，且辐射检测材料包括CdTe或CdZnTe中的一个。在另一进一步的工艺实施例中，所述提供可提供在其开口处具有瓶颈的多个凹腔，且所述电泳沉积可包括使用电磁场来驱动辐射检测粒子穿过凹腔的开口处的瓶颈以用所述辐射检测粒子来填充所述多个凹腔。

图2A到2L以实例的方式说明以上概括的制造方法的各个方面。

参考图2A，展示根据本发明的一或多个方面的在辐射检测结构制造工艺期间获得的结构200的横截面正视图。在图2A的实施例中，结构200包括衬底202。例如，衬底202可为结晶半导体材料，例如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)或其任何组合。另外，衬底202可具有特定结晶定向，以使得衬底202的上表面是(100)表面、(110)表面或(111)表面中的一个。此外，衬底202可包括具有不同掺杂类型(例如浓度变化的n型或p型掺杂物)的多个区。

在所说明的实施例中，衬底202已植入有n型掺杂物来产生高传导n+区204以及n-区206。具有n型掺杂物的半导体区是指将杂质添加到(例如)本征(未掺杂)半导体衬底材料，其向本征材料带来更多电子，且可包括(例如)磷、砷或锑。在一个实例中，衬底的n+区204及n-区206可使用常规离子植入或扩散处理技术形成。n+区204的厚度可在约100到1,000微米的范围内，且n-区的厚度可为约40μm到50μm。此外，n-区的电阻率可在约10到50Ω-cm的范围中。在一个特定实例中，与衬底202的n-区206相比，衬底202的n+区204可重掺杂有n型掺杂物。

结构200的衬底202展示为也包括安置在n-区206上方的高度传导p+区208。举例来说，可通过将杂质添加到(例如)本征(未掺杂)衬底材料以形成本征材料中的价电子的缺乏来获得P+区208。适当p型掺杂物的实例包括硼、铝、镓或铟。在一个实例中，衬底202的P+区域208可使用常规离子植入或扩散处理技术形成且可具有约1到3μm的厚度。在另一个实例中，衬底可为轻掺杂的p型衬底，且重掺杂的n+接触层可安置在衬底上方。

图2B至2C描绘根据本发明的一或多个方面的在用多个表面缺陷区域201来图案化衬底202的上表面之后的结构200。如图2B的平面视图中所描绘，表面缺陷区域201可配置为平行的均匀间隔的管线或区域，其随后可如下文所描述用于形成多个平行的均匀间隔的凹腔或沟槽。在其它实例中，可图案化不同表面缺陷区域以获得不同配置。就此而言参考图4的结构。

在一或多个实施例中，表面缺陷区域201可为其中已分布衬底202的规则晶格以便于例如下文所描述的电化学蚀刻工艺的区。这些缺陷是可经其有利地引导蚀刻的区域。确切地说，通过用所需缺陷区域图案来图案化衬底202，后续电化学蚀刻可经由所述图案引导以形成具有所需间距和尺寸的沟槽。

在一个实施例中，可使用电子束光刻用表面缺陷区域201来图案化衬底202以形成表面缺陷。在另一个实例中，可使用光刻遮罩和化学蚀刻技术来图案化衬底202以形成表面缺陷。

在图2C的横截面正视图中，表面缺陷区域201被描绘为延伸较短距离到达衬底结构202中。举例来说，表面缺陷区域可为衬底202的单晶结构在其表面处的微观扰动，其没有放大是不可见的。表面缺陷区域可仅延伸几个原子层到达衬底结构202中，这取决于所采用的图案化工艺。在一或多个实施例中，表面缺陷区域201可经光刻界定及湿式蚀刻以在衬底结构202的表面上形成凹槽型缺陷。

图2D描绘根据本发明的一或多个方面的在电化学蚀刻衬底202以形成延伸到衬底202中的凹腔216之后的结构200。

在一个实施例中，在用表面缺陷区域201(图2C)的缺陷图案化衬底202的表面之后，衬底202可在电化学蚀刻工艺耦合成工作电极。在这种情况下，衬底202可暴露于电解质，例如氢氟(HF)酸，以用于定时电化学蚀刻。

通过解释，在电化学蚀刻工艺中，归因于由电磁场与表面缺陷区域201中的晶体缺陷的相互作用引起的提高的电磁场，可从衬底202的背侧引导电磁辐射以产生电子-空穴，其漂移到在表面缺陷区域201下方垂直延伸的衬底202的部分。此外，在未图案化的部分下方垂直延伸的衬底202的区将耗尽电荷载子。在这种工艺中，由于在表面缺陷区域201下方垂直延伸的衬底202的区中的电子-空穴的浓度，将倾向于在所述区中提升衬底蚀刻，且由于电荷载子耗尽，在衬底202的其它区中禁止衬底蚀刻，从而导致通过电化学蚀刻形成凹腔216。

在一个蚀刻实施例中，铂丝可充当电化学蚀刻槽或腔室中的对电极。在这种情况下，例如，两个电极(即丝线和衬底)可以通过一种方式偏压以使得由电磁辐射产生的大部分载子(电子-空穴)将扩散到表面缺陷区域201下方的区，其中电磁场较高，导致衬底202的位于表面区域区域201下方的部分被蚀刻掉，如所论述。

在另一个实施例中，蚀刻可在垂直于衬底202的上表面的方向上进行到所述衬底，且由于通过电磁场在衬底内形成耗尽层而防止表面缺陷区域201之间的蚀刻。以此方式，电化学蚀刻工艺使用表面缺陷区域201以促进衬底202的电化学蚀刻以形成凹腔216。

如所提到，在一或多个实施例中，HF可被用作电解质，且202可包括Si或SiC。在这种情况下，衬底202的Si或SiC将氧化并溶解于HF电解质中，其中蚀刻继续直到凹腔216以所需深度到达衬底202中。实际上，在需要时，蚀刻可始终经过衬底202。在一个具体实例中，凹腔216可具有大致3μm到5μm的宽度和大致40μm到50μm的深度。

在另一实施例中，深度可延伸到20μm或更大，且后形成的辐射检测材料(例如，沉积在凹腔216内的硼纳米粒子)的有效密度可为相对较低的密度。在这种情况下，较低密度可允许用于检测热中子的较大吸收路径。

有利的是，如与(例如)反应性离子蚀刻(RIE)工艺相比，使用如本文中所描述的电化学蚀刻工艺可以低成本并以低系统复杂度实现，因为不需要昂贵的工具并且未释出有毒气体。另外，上述电化学蚀刻工艺可易于按比例扩大。举例来说，所述工艺可包括首先同时图案化许多半导体衬底(例如晶片)，接着使用具有较大烧杯大小和液体体积的单个电化学蚀刻腔室或小槽。这种工艺可同时在所有衬底中形成凹腔，从而进一步降低制造成本。

作为另一优点，如本文所描述的电化学蚀刻形成无瓶颈的凹腔，有助于将辐射检测材料沉积在凹腔中以形成辐射检测结构的后续材料沉积处理。举例来说，电化学蚀刻可用于形成凹腔216，其特征宽度沿着其从衬底表面到衬底的长度是大致恒定的。这有利地允许沉积后的辐射检测材料深入到达并完全填充凹腔216。通过对比，RIE工艺往往导致形成在其开口处具有瓶颈的凹腔，有可能阻挡将辐射检测材料沉积在所述凹腔内，产生没有辐射检测材料的空隙。如果辐射冲击辐射检测结构中的空隙，那么将不会有反应，且将不会检测到辐射。

作为另一优点，如本文所述的电化学蚀刻可用于衬底202的任何定向。举例来说，不管衬底202是否以(100)上表面、(110)上表面或(111)上表面定向，上述电化学蚀刻工艺用于描述形成具有大致连续宽度或深度的凹腔，因为所述工艺并不基于半导体的不同晶体定向的不同化学蚀刻速率。

通过解释，图2E到2G说明用于在半导体衬底内提供连续p-n结的制造处理步骤的细节。在一或多个实施例中，连续p-n结的形成可允许辐射检测结构有效地收集在辐射与辐射检测结构的辐射检测材料反应时产生的电荷，以便检测辐射。

参看图2E，描绘了图2D的根据本发明的一或多个方面的在提供结构200上方(包括在凹腔216内)的保形层222之后的结构。在一个实施例中，保形层222可使用修改的化学气相沉积(CVD)工艺沉积。举例来说，CVD工艺可通过改变参数(例如温度和压力)来修改以获得所需保形层厚度。在另一个实施例中，保形层222可包括p型掺杂剂材料且可在约450℃到550℃的范围中的第一温度下沉积。

在另一实施例中，保形层222可为或包括中子反应材料，和/或可为或包括p型掺杂剂。适当p型掺杂剂的实例包括硼、铝、镓或铟。在一个特定实例中，保形层222可包括富化硼(10B)或富化硼的化合物(例如，碳化硼(10B4C、10B5C)或氮化硼(10BN))中的至少一个。

在另一特定实例中，保形层222可在约500℃下使用常规CVD工艺通过采用富化硼前体(例如，乙硼烷(B2H6)、癸硼烷(B10H14))或其它金属有机硼烷前体(例如，三乙硼烷(C2H5)3B或三甲硼烷(CH3)3B)沉积。应注意，所采用的富化硼前体可含有超过95％的富化硼(10B)同位素。在一个实施例中，保形层沿着凹腔216的内壁的厚度可(例如)在约10nm到20nm的范围中。

图2F描绘根据本发明的一或多个方面的图2E的在连续p-n结已形成于其衬底内之后的结构。在一个实施例中，(p型掺杂材料的)保形层222经受受控退火工艺以将p型掺杂物从保形层22扩散到衬底22中以在衬底202内提供p区224，包括沿凹腔216的内壁。在这种情况下，连续p-n结225在衬底202内形成在p+区208与n-区206之间及在p区224与n-区206之间的界面处。

在一个实施例中，可在高于用以沉积保形层222的第一温度的第二温度下执行受控退火以产生p区224。在这种情况下，较高温度退火结果引起来自保形层222的p型掺杂物的一部分扩散到衬底的底层n-区206中，从而促进连续p-n结225形成在衬底内。

在一个特定实例中，退火温度比保形层沉积温度高至少约100℃到300℃。作为另一特定实例，通过将工艺温度从500℃增加到700℃持续10到30分钟以促进将p型掺杂物(例如硼)从保形层扩散到衬底的底层n-区206，连续p-n结225可形成在衬底202内。在另一实施例中，p区224的厚度可通过控制工艺参数(例如执行退火的温度和时间)来控制。举例来说，p区224的厚度可在约20nm到200nm的范围中。

在图2F的实施例中，连续p-n结225部分地与衬底的表面218成间隔对置关系，并部分地与衬底202的界定凹腔216的内壁成间隔对置关系。如所说明，连续p-n结225与衬底202的表面218的间隔距离大于其与衬底的内凹腔壁的间隔距离。在一个实施例中，保形层222可使用(例如)通过在衬底的p+区208上的化学机械抛光停止来从结构200的上表面反抛光。应注意，沉积在凹腔216内的p型掺杂材料的保形层在此反蚀刻抛光处理期间将不受影响。

图2G描绘根据本发明的一或多个方面的在从其凹腔216任选移除保形层222之后的结构200。在一个实施例中，可使用等离子处理工艺(例如使用由氧气(O2)与含氟气体(例如四氟化碳(CF4))形成的等离子体)选择性地移除保形层222。在另一实施例中，保形层222可保持在多个凹腔内而不影响所得辐射检测结构的操作。举例来说，保形层222可选择为包括富化硼(10B)或富化硼的化合物，以使得保形层222的移除在中子检测结构的制造中是不必要的。

图2H描绘根据本发明的一或多个方面的电泳沉积设备230。电泳是分散粒子在电磁场的影响下在液体内的运动，且如本文中所描述，电泳工艺可用于将辐射检测粒子沉积到半导体衬底的凹腔中作为形成辐射检测结构的部分。

例如，在图2H的实施例中，展示电泳沉积设备230，其包括第一电极232、第二电极234和DC电源236。在此设备内，辐射检测粒子226可分散在液体231(例如，丙酮、水或异丙醇)内。在一或多个实施例中，在施加适当的DC电压后，在第一电极232与第二电极234之间的水平方向上在所描绘的设备中产生电磁场。如所说明，在一或多个实施例中，结构200可利用其中沿水平方向对准的凹腔216连接到第一电极232。所施加的电磁场对辐射检测粒子226施加力，其中以水平方式将力引向凹腔216，从而促进辐射检测粒子至凹腔216的输送。

有利的是，可在室温下执行以上提到的工艺，且可调节电磁场强度以使得辐射检测粒子226逐步填充凹腔216，从而允许在没有过度压力由可引起凹腔216的一或多个侧壁失去结构性完整性并崩塌的粒子产生的情况下达到辐射检测粒子的所需目标充填率。这至少部分地是由填充工艺的低温、平缓性质引起的。

在一或多个实施例中，例如在1nm到3μm的范围内的不同大小的辐射检测粒子226可分散在液体231内。提供不同大小的辐射检测粒子226有利地促进填充衬底内的凹腔216，是因为所述不同大小的粒子在沉积期间可更紧密或致密地积聚在凹腔内。举例来说，较小辐射检测粒子可充填在较大辐射检测粒子的间隙内，以达到比仅使用较大辐射检测粒子可能达到的填充比高的填充比。在另一实例中，辐射检测粒子的形状可大致为球形的，从而有可能产生较大填充比。在另一实施例中，辐射检测粒子可具有不规则形状，或不规则形状与球面形状的混合。在另一实例中，与图2H的实施例中的所述电极相比，电泳沉积设备230的电极可反时针旋转90°，以使得除了电磁场之外，重力可用于在凹腔216的填充期间作用于辐射检测粒子226。

在另一个实施方案中，电泳沉积设备230可为组合式电解设备，其中上述电化学蚀刻也使用组合式电解设备完成。举例来说，所述设备最初可用于电化学蚀刻流体(例如HF)，接着使用含有流体的辐射检测粒子来进行电泳沉积。在一个特定实例中，可将0.05摩尔的碳化硼辐射检测纳米粒子的溶液分散于异丙醇中，电极可间隔大致1厘米，且可将50V到200V偏压施加到电极，以将辐射检测纳米粒子电泳沉积到凹腔216中。

图2I描绘根据本发明的一或多个方面的图2H的在将辐射检测粒子226部分地电泳沉积到延伸到衬底202中的凹腔216之后的结构200。在所说明图式中，已用辐射检测粒子226大致填充凹腔216一半(以实例之方式)。

根据所需的配置，电泳沉积工艺可继续进行达到足以完全填充凹腔216的持续时间。在一个实例中，在10分钟后，可用纳米级粒子和微米级粒子(例如在1nm到3μm的范围中)的组合来填充宽度为大约3μm到5μm且深度为大约40μm到200μm的凹腔216。

图2J描绘根据本发明的一或多个方面的在用辐射检测粒子226过填充凹腔216之后的结构200。

确切地说，如上文所提到，上文所描述的电泳沉积工艺可用于选择性地朝向凹腔216并且不朝向衬底202的例如在凹腔216之间的其它部分吸引粒子。因此，辐射检测粒子226可过填充于衬底202的表面层级上方，从而在凹腔216上方形成(例如)辐射检测粒子堆。有利的是，可随后向下移动或迫使这些过填充的辐射检测粒子进入凹腔216中以进一步增加凹腔内的辐射检测材料的量。

图2K到2L描绘在将任何过填充的辐射检测粒子向下移动到凹腔中之后的结构200。如图2K中所说明，在一个实施例中，可以机械方式迫使过填充的辐射检测粒子进入衬底202的凹腔216中。在另一实施例中，可使包括过填充的辐射检测粒子226的结构200退火以将过填充的辐射检测粒子压缩到凹腔216中。在一个特定实例中，过填充的辐射检测粒子可在衬底202的表面上方延伸若干微米。在这种情况下，可以机械方式向极平板施加抗衬底202的比力，以将辐射检测粒子压缩到凹腔216中。

如图2L的平面视图中所说明，结构200可包括安置在衬底202内的平行沟槽凹腔内的辐射检测材料226。有利的是，这种所得结构包括填充有辐射检测材料的多个均匀间隔的沟槽。在后续操作中，如果辐射冲击检测器，其与辐射检测材料反应以产生将引起衬底202内的电荷载子产生的副产物。适当接触结构200和结构200的偏压可用于收集电荷载子并由此识别辐射检测事件。

图3A到3B说明用于制造辐射检测结构的另一工艺的实施例，其中有瓶颈的凹腔可完全填充有辐射检测材料以形成辐射检测结构。

确切地说，图3A描绘根据本发明的一或多个方面的使用替代辐射检测器制造工艺获得的待填充的结构300的一个实施例。在图3A的实施例中，多个凹腔316已提供在衬底结构202中。举例来说，衬底结构202可使用反应性离子蚀刻(RIE)来图案化和蚀刻以形成凹腔316。在一个特定实例中，可使用氟系化学品执行深反应性离子蚀刻(DRIE)以形成凹腔316。在所说明的实例中，凹腔形成工艺已产生在上衬底表面附近具有瓶颈的凹腔316。瓶颈通常是不合需要的，因为其在辐射检测材料填充工艺的早期阶段可被阻塞，潜在地导致空隙在结构200内(例如在瓶颈下方)的形成。任何空隙的存在不利地降低所得结构的辐射检测效率。然而，图3B描绘在根据本文所描述的电泳沉积(EPD)工艺用辐射检测粒子226填充凹腔316之后的结构300。有利的是，EPD工艺将迫使辐射检测粒子越过瓶颈，从而完全填充凹腔316。

在一或多个实施例中，电泳沉积利用电磁场移动悬浮在液体中的辐射检测粒子，且此工艺可在低温(例如室温)下进行。在这种情况下，辐射检测粒子将不会收集或阻塞瓶颈处的凹腔，而是相反将通过电磁场被推动或迫使更深地进入凹腔316中而越过瓶颈。因为电磁场继续对深入到衬底202而越过凹腔的瓶颈的辐射检测粒子施力，所以辐射检测粒子将到达凹腔316的底部并因此完全填充凹腔316。通过对比，在物理或化学沉积工艺中，仅用初始力将粒子引向凹腔，并不对所述粒子进行持续作用，和在电泳沉积工艺中一样。

图4描绘根据本发明的一或多个方面的辐射检测结构400的另一变化。在所说明的实施例中，结构400包括多个六角形凹腔，其延伸到衬底结构202中并以蜂窝图案排列，并填充有辐射检测粒子226。有利的是，这种蜂窝图案可向辐射检测结构400提供增强的机械刚性，并且可为用于某些辐射检测材料的有利配置。

所属领域的技术人员将从以上描述注意到，存在对于用于制造固态辐射检测结构且尤其用于以有竞争性成本制造大面积检测器模块的便宜及可扩展的工艺的需要。成本可进一步降低的现有固态检测器制造工艺的两个基本范围是：(1)深凹腔(例如空穴或沟槽)在半导体衬底内的图案化；及(2)用转换器或辐射检测材料(例如硼)填充凹腔。广泛使用的技术是用于图案化的深反应性离子刻蚀和用于硼填充的CVD。如上所提到，本文中描述促进以低成本制造固态辐射检测器的替代方法。

确切地说，所公开的替代凹腔形成方法是使用选择性的电化学处理(SECE)，其中“缺陷区域”或“缺陷点”是以任何所需图案而图案化于衬底的主表面上。此经图案化的衬底随后在(例如)HF电解质中用作工作电极。所述结构从衬底晶片的背侧暴露于电磁辐射以产生“电子空穴”，其漂移到电场较高的缺陷点，且晶片随后经选择性地蚀刻到任何所需深度。有利的是，此SECE工艺相比涉及极高级及昂贵工具和有毒气体的深反应性离子蚀刻工艺不太复杂。此外，可图案化的晶片的数目在深反应性离子蚀刻方法中受腔室大小限制，但利用SECE，许多晶片可同时处理。此外，本文所述的SECE工艺用于任何定向的任何晶片，例如对Si(100)、(110)、(111)晶片起作用。

作为另一优点，电泳沉积(EPD)用于填充通过ECSE或通过其它构件形成的深凹腔。辐射检测材料可包括硼或硼化合物，使用一定范围的纳米粒子、微粒或纳米级或微米级粒子的组合。在电泳沉积工艺中，将带电辐射检测粒子分散于容器中的液体(例如，丙酮、水或异丙醇)中，并将两个电极插入溶液中。经图案化的晶片插入在电极电极之间，以使得通过所施加的电场将粒子引向沟槽或空穴。

本文公开的概念可用于各种半导体衬底(例如Si、Ge、GaAs、GaN、AlN、SiC)的选择性蚀刻以使用SECE处理来图案化大量深凹腔(例如沟槽或空穴)及用于针对辐射敏感材料的异质复合物和中子或γ检测应用的半导体的制造使用EPD处理通过(例如)硼或硼化合物(或CdTe或CdZnTe)、纳米级或微米级粒子来填充凹腔。在用HF作为电解质的EPD工艺中，例如，SiC或Si氧化并溶解于HF中，且蚀刻继续进行直到凹腔达到所需深度。应注意，蚀刻工艺受衬底内的耗尽宽度形成限制。此外，经图案化的衬底可用作工作电极，且液体中的带电纳米和/或微米例子插入在电极之间，其中电场线垂直于电极且粒子沉积在凹腔内，是因为衬底的其它区域受到绝缘材料的保护。在一或多个实施方案中，可将经图案化衬底放置在电解质溶液内的两个平行板电极之间，以使得平行的电场将带电粒子引向材料待沉积的凹腔内。一旦完成凹腔填充，沉积工艺可继续过填充凹腔，且因此在某些应用中，在凹腔内需要较高密度辐射检测材料的情况下，可将法向力均匀施加到过填充的辐射检测粒子，以使得所述粒子进一步压缩到凹腔中并由此更致密地沉积。

有利的是，本文所述的制造方法是绿色技术，其与现有技术相比极大地降低制造成本并可扩展到大型晶片或几批晶片而无需大量资本投资及处理设备。除了低成本和可扩展性之外，可在任何结晶定向的半导体衬底中图案化具有任何所需深度的高度有序的沟槽或空穴阵列，且具有极高纵横比的经图案化的深沟槽或空穴可完全填充有纳米级和/或微米级粒子以制造不同材料的异质复合物。使用SECE及EPD制造的异质复合衬底具有用于极其高效的中子检测器及γ检测器制造的的大量应用。

此外，与填充材料在经图案化衬底中施加显著压力的CVD工艺相对比，且根据壁厚度，可能发生衬底断裂，EPD工艺并不对衬底施加压力，因为沉积是选择性地在室温下进行的。此外，使用本文所描述的方法，不需要有毒气体或高温处理，这又降低了制造成本。

本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的且并不意图限制本发明。如本文中所使用，单数形式“一”和“所述”意图还包含复数形式，除非上下文另外清楚地指示。将进一步理解，术语“包括(comprise)”(和包括的任何形式，例如“comprises”和“comprising”)、“具有(have)”(和具有的任何形式，例如“has”和“having”)、“包括(include)”(和包括的任何形式，例如“includes”和“including”)以及“含有(contain)”(和含有的任何形式，例如“contains”和“containing”)是开放链接动词。因此，“包括”、“具有”、“包括”或“含有”一或多个步骤或要素的方法或装置拥有所述一或多个步骤或要素，但不限于仅拥有所述一或多个步骤或要素。同样，“包括”、“具有”、“包括”或“含有”一或多个特征的方法的步骤或装置的要素拥有所述一或多个特征，但不限于仅拥有所述一或多个特征。此外，以某种方式“配置”的装置或结构以至少该方式配置，但是还可以以未列出的方式配置。

以下权利要求书中的所有构件或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等效物(如果存在的话)既定包括用于结合如特别请求的其它所请求要素执行功能的任何结构、材料或动作。已出于说明和描述的目的呈现本发明的描述，但本发明的描述不希望是详尽的或限于所公开的形式的发明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对所属领域的技术人员而言多个修改和变化将是显而易见的。选择和描述所述实施例以便最佳地阐释本发明的一或多个方面的原理和实务应用，且使所属领域的其它一般技术人员能够在作出适合于所预期的特定用途的各种修改的情况下针对各种实施例理解本发明的一或多个方面。