一种漂移探测器的双面制备方法及漂移探测器与流程

本发明属于半导体探测器领域，尤其涉及一种漂移探测器的双面制备方法及漂移探测器。

背景技术：

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。

现有硅漂移探测器采用双面工艺，其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。由于采用干法刻蚀工艺刻蚀半导体衬底表面的第一隔离层时，容易对将要形成的阳极区和漂移环区产生一定的损伤，进而影响漂移探测器的工作电压、暗电流和可靠性。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种减小对阳极区和漂移环区损伤的漂移探测器的双面制备方法及漂移探测器。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种漂移探测器的双面制备方法，包括以下步骤：

提供半导体衬底，在半导体衬底的正面形成第一隔离层，在半导体衬底的背面依次形成第二隔离层和抗腐蚀层，选择性去除第一隔离层以形成阳极区和漂移环区，选择性去除第二隔离层和抗腐蚀层以形成收集区；或者，在半导体衬底的正面依次形成第二隔离层和抗腐蚀层，在半导体衬底的背面形成第一隔离层，选择性去除第二隔离层和抗腐蚀层以形成收集区；选择性去除第一隔离层以形成阳极区和漂移环区；对阳极区、漂移环区和收集区分别进行离子掺杂，其中，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，选择性去除第一隔离层以形成阳极区和漂移环区的步骤，包括：在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和漂移环区；采用湿法腐蚀工艺去除阳极区和漂移环区表面的第一隔离层；去除第一隔离层表面的光刻胶。

优选地，选择性去除第二隔离层和抗腐蚀层以形成收集区的步骤，包括：在抗腐蚀层表面涂覆光刻胶；图案化光刻胶以定义出收集区；采用干法刻蚀工艺去除收集区表面的第二隔离层和抗腐蚀层；去除抗腐蚀层表面的光刻胶。

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：在收集区和抗腐蚀层表面涂覆光刻胶，图案化光刻胶以定义出收集区，以抗腐蚀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，去除抗腐蚀层表面的光刻胶。

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，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，第一隔离层和第二隔离层材料包括氧化硅，抗腐蚀层材料包括氮化硅，介质层材料包括氧化硅或氮化硅，所述金属引线包括钛、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。

本发明还提供一种漂移探测器，包括：上述任意一项制备方法形成的漂移探测器。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：现有技术中一般采用干法刻蚀工艺刻蚀半导体衬底表面的第一隔离层，以形成阳极区和漂移环区，但是干法刻蚀工艺对阳极区和漂移环区的形成存在一定的损伤。本发明通过在半导体衬底表面的第二隔离层上淀积抗腐蚀层，可实现采用湿法腐蚀工艺去除半导体衬底表面的第一隔离层，以形成阳极区和漂移环区，即针对阳极区和漂移环区的形成采用湿法腐蚀工艺代替干法刻蚀工艺，减小了采用干法刻蚀工艺对阳极区和漂移环区的损伤，提高了硅漂移探测器的性能。同时半导体衬底的正面和背面采用不同的刻蚀工艺，可实现单面光刻工艺条件下的双面加工工艺，简化了硅漂移探测器双面工艺对加工设备的依赖。

附图说明

图1是本发明实施例提供的漂移探测器的双面制备方法的流程图；

图2-图12是本发明实施例提供的漂移探测器的双面制备方法中各步骤对应的器件结构；

图13是本发明实施例提供的漂移探测器正面结构示意图；

图14是本发明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.第一隔离层，3.第二隔离层，4.抗腐蚀层，5.阳极区，6.漂移环区，7.收集区，8.介质层，9.接触孔，10.金属引线。

具体实施方式

下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

由于采用干法刻蚀工艺刻蚀半导体衬底表面的第一隔离层时，容易对将要形成的阳极区和漂移环区产生一定的损伤，进而影响漂移探测器的工作电压、暗电流和可靠性。

基于此本发明提出一种漂移探测器的双面制备方法，该双面制备方法通过在半导体衬底表面的第二隔离层表面淀积抗腐蚀层，可实现采用湿法腐蚀工艺去除半导体衬底表面的第一隔离层，以形成阳极区和漂移环区，即针对阳极区和漂移环区的形成采用湿法腐蚀工艺代替干法刻蚀工艺，减小了采用干法刻蚀工艺对阳极区和漂移环区的损伤，提高了硅漂移探测器的性能，达到较高的工作电压和低的暗电流。同时可实现单面光刻工艺条件下的双面加工工艺，简化了硅漂移探测器双面工艺对加工设备的依赖。

为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合附图1-14对具体的实施例进行详细的描述。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图，附图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及层之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参见图1，本发明实施例提供的一种漂移探测器的双面制备方法，该方法包括以下步骤：

s101a：提供半导体衬底1，在半导体衬底1的正面形成第一隔离层2，选择性去除第一隔离层2以形成阳极区5和漂移环区6；在半导体衬底1的背面依次形成第二隔离层3和抗腐蚀层4，选择性去除第二隔离层3和抗腐蚀层4以形成收集区7。

需要说明的是，首先，如图2所示，提供半导体衬底1。半导体衬底1可以包括任何适合的半导体衬底材料，具体可以是但不限于硅、锗、锗化硅、soi（绝缘体上半导体）、碳化硅、砷化镓或者任何三五族化合物半导体等。在本实施例中，半导体衬底1优选为本征硅衬底或n型轻掺杂的硅衬底。

如图3所示，在半导体衬底1正面沉积第一隔离层2，在半导体衬底1背面沉积第二隔离层3，第一隔离层2和第二隔离层3为绝缘介质层，该绝缘介质层的材料可以为氧化硅、氧化铝、氮化硅等各种绝缘介质层材料，沉积方法可以包括干氧氧化、湿氧氧化、化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)以及原子层沉积(ald)等各种方法，其中，第一隔离层2和第二隔离层3优选为氧化硅层。具体地，半导体衬底1经常规清洗后，采用氢氟酸（hf）+异丙醇（ipa）+（水)h2o溶液去除半导体衬底1正面和背面的自然氧化层，然后在半导体衬底1正面和背面采用湿氧氧化方式形成氧化硅隔离层，即形成第一隔离层2和第二隔离层3，第一隔离层2和第二隔离层3厚度为400nm至600nm。

如图4所示，在第二隔离层3表面形成抗腐蚀层4，其中，抗腐蚀层4优选为氮化硅层。具体地，采用lpcvd（low-pressurechemicalvapordeposition，低压化学气相淀积）方式在半导体衬底1背面的第二隔离层3表面形成氮化硅抗腐蚀层，氮化硅抗腐蚀层厚度为10nm至50nm。

如图5所示，选择性去除第一隔离层2以形成阳极区5和漂移环区6。具体地，在半导体衬底1正面的第一隔离层2表面全部旋涂光刻胶，利用光刻工艺对光刻胶进行图案化以定义出阳极区5与漂移环区6，即去除阳极区5和漂移环区6对应的光刻胶；采用湿法腐蚀工艺去除阳极区5和漂移环区6表面的第一隔离层2，即将半导体衬底1浸入氢氟酸溶液中，以第一隔离层2表面剩余的光刻胶为掩蔽腐蚀去除阳极区5与漂移环区6对应的第一隔离层2，使阳极区5与漂移环区6对应的半导体衬底1的正面露出；然后去除阳极区5与漂移环区6之外的第一隔离层2表面的光刻胶。

如图6所示，选择性去除第二隔离层3和抗腐蚀层4以形成收集区7，具体地，在半导体衬底1背面的抗腐蚀层4表面全部旋涂光刻胶，利用光刻工艺对光刻胶进行图案化以定义出收集区7，即去除收集区7对应的光刻胶；采用干法刻蚀工艺刻蚀收集区7表面的第二隔离层3和抗腐蚀层4，使收集区7对应的半导体衬底1的背面露出，具体地，采用等离子干法刻蚀第二隔离层3和抗腐蚀层4，刻蚀气体采用四氟化碳（cf4）和三氟甲烷（chf3）；然后去除抗腐蚀层4表面剩余的光刻胶。

实现选择性去除的方法，可以采用光刻的方法，当然也可以采用其他的方法，只要能实现这种结构的方法都包含在本申请的保护范围之内。

经过上述步骤，在半导体衬底1的正面形成第一隔离层2，选择性去除第一隔离层2以形成阳极区5和漂移环区6；在半导体衬底1的背面依次形成第二隔离层3和抗腐蚀层4，选择性去除第二隔离层3和抗腐蚀层4以形成收集区7，即在半导体正面形成了阳极区5和漂移环区6，在半导体背面形成了收集区7。具体地，阳极区5和漂移环区6也可以在半导体衬底1背面形成，收集区7也可以在半导体衬底1正面形成，参见s101b步骤，在此并不做具体限定。

s101b：在半导体衬底1的正面依次形成第二隔离层3和抗腐蚀层4，选择性去除第二隔离层3和抗腐蚀层4以形成收集区7；在半导体衬底1的背面形成第一隔离层2，选择性去除第一隔离层2以形成阳极区5和漂移环区6。

需要说明的是，本步骤与s101a的区别在于：在半导体衬底1的背面形成阳极区5和漂移环区6，在半导体衬底1的正面形成收集区7。具体地，在半导体衬底1的正面依次形成第二隔离层3和抗腐蚀层4，在半导体衬底1的背面形成第一隔离层2，在第一隔离层2表面全部旋涂光刻胶，利用光刻工艺对光刻胶进行图案化以定义出阳极区5与漂移环区6，采用湿法腐蚀工艺去除阳极区5和漂移环区6表面的第一隔离层2以形成阳极区5和漂移环区6；在半导体衬底1正面的抗腐蚀层4表面全部旋涂光刻胶，利用光刻工艺对光刻胶进行图案化以定义出收集区7，即去除收集区7对应的光刻胶，采用干法刻蚀工艺刻蚀收集区7表面的第二隔离层3和抗腐蚀层4以形成收集区7；其余工艺、参数和步骤同s101a。实现选择性去除的方法，可以采用光刻的方法，当然也可以采用其他的方法，只要能实现这种结构的方法都包含在本申请的保护范围之内。

采用上述s101a或s101b的技术方案，由于在第二隔离层3表面淀积了抗腐蚀层4，所以采用湿法腐蚀工艺去除阳极区5和漂移环区6表面的第一隔离层2时，抗腐蚀层4起到保护第二隔离层3的作用，减小了湿法腐蚀工艺对第二隔离层3的损伤；同时采用湿法腐蚀工艺代替传统的干法刻蚀工艺来刻蚀第一隔离层2以形成阳极区5和漂移环区6，减小了干法刻蚀工艺对阳极区5和漂移环区6的损伤，提高了硅漂移探测器的性能。

s102：对阳极区5、漂移环区6和收集区7分别进行离子掺杂，其中，漂移环区6和收集区7的离子掺杂类型与阳极区5的离子掺杂类型相反。

需要说明的是，如图7所示，对阳极区5进行离子掺杂：在阳极区5、漂移环区6和第一隔离层2表面全部旋涂光刻胶，利用光刻工艺图案化光刻胶以定义出阳极区5，即去除阳极区5表面的光刻胶。以漂移环区6和第一隔离层2表面的光刻胶为掩蔽，对阳极区5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，优选为对阳极区5进行n型掺杂，然后去除漂移环区6和第一隔离层2表面的光刻胶。

如图8所示，对漂移环区6进行离子掺杂：在阳极区5、漂移环区6和第一隔离层2表面全部旋涂光刻胶，利用光刻工艺图案化光刻胶以定义出漂移环区6，即去除漂移环区6表面的光刻胶。以阳极区5和第一隔离层2表面的光刻胶为掩蔽，对漂移环区6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，然后去除阳极区5和第一隔离层2表面的光刻胶。具体地，漂移环区6的掺杂类型与阳极区5相异。

如图9所示，对收集区7进行离子掺杂：在收集区7和抗腐蚀层4表面全部旋涂光刻胶，利用光刻工艺图案化光刻胶以定义出收集区7，即去除收集区7表面的光刻胶。以抗腐蚀层4表面的光刻胶为掩蔽，对收集区7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，去除抗腐蚀层4表面的光刻胶。具体地，收集区7的掺杂类型与漂移环区6的掺杂类型相同。

上述阳极区5、漂移环区6和收集区7的掺杂并没有限定具体顺序。可以采用光刻工艺图案化光刻胶以定义出阳极区5、漂移环区6和收集区7，当然也可以采用其他的方法，只要能实现这种结构的方法都包含在本申请的保护范围之内。

s103：对半导体衬底1进行退火处理。

需要说明的是，将半导体衬底1进行700℃至1000℃的退火处理，优选在阳极区5形成n型结，在漂移环区6和收集区7形成p型结，通过退火处理激活阳极区5、漂移环区6和收集区7的掺杂离子，并控制p型结或n型结的深度，具体地，采用高温热退火工艺，在氮气气氛中850℃温度下退火30分钟，通过优化退火温度和退火时间以获得合适的结深。

s104：在阳极区5、漂移环区6和收集区7的表面形成介质层8。

需要说明的是，如图10所示，在阳极区5、漂移环区6和收集区7的表面形成介质层8，介质层8可以为氧化硅、氧化铝、氮化硅材料，优选为氧化硅。具体地，采用pecvd（plasma-enhancedchemicalvapordeposition）等离子增强化学气相淀积方式，在离子掺杂后的阳极区5、漂移环区6和收集区7表面淀积氧化硅作为介质层8，介质层8的厚度为50nm至200nm。

s105：在介质层8上形成沿半导体衬底1厚度方向贯穿介质层8的接触孔9，填充接触孔9以形成金属引线10。

如图11所示，在介质层8上形成沿半导体衬底1厚度方向贯穿介质层8的接触孔9，具体地，在介质层8上旋涂光刻胶，利用光刻工艺对光刻胶进行图案化以定义出接触孔9，采用干法刻蚀工艺刻蚀接触孔9内的介质层8以形成接触孔9。如图12所示，在接触孔9中填充钛、氮化钛、铝或氮化铝中的任意一种，或者，填充钛/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，优选地，填充钛/氮化钛/铝/氮化铝组成的叠层，并通过光刻工艺图案化刻蚀形成金属引线10，金属引线10主要实现在阳极区5、漂移环区6和收集区7经过离子掺杂形成的p型结或n型结与外界检测装置的互连。

参见图13-图14所示，本发明还提供一种漂移探测器，包括：上述任意一项制备方法形成的漂移探测器，该漂移探测器包括：半导体衬底1；p型掺杂结，形成于半导体衬底1中；n型掺杂结，形成于半导体衬底1中；金属电极层，位于p型掺杂结和n型半导体结上；第一隔离层2和第二隔离层3，位于半导体衬底1的正面或背面，用于隔离p型掺杂结和n型掺杂结。

金属电极层包括阳极区5、漂移环区6和收集区7，其中，阳极区5和漂移环区6位于半导体衬底1的一面，且由中心往外围依次分布，收集区7位于半导体衬底1的另一面。

漂移环区6和收集区7对应的掺杂类型与阳极区5对应的掺杂类型相反。

漂移环区6为一个个分离的环状结构，环的形状为圆形、方形、多边形或者不规则形状，形成一个个分离的漂移环，阳极区5位于最内环的漂移环的中心，收集区7为圆形、方形、多边形或者不规则形状。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。