一种微条探测器及其制备方法

1.本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种微条探测器及其制备方法。


背景技术：

2.微条探测器是用于检测高能射线的半导体探测器，通常微条探测器均为硅基探测器。在微条探测器工作时，其中在背面电极施加反向偏压使得衬底处于完全耗尽状态，高能射线撞击入射窗口形成电子空穴对，载流子在耗尽电场下被快速分离至探测器正面上的微条电极而被收集起来。
3.目前，金硅面硅微条探测器在上世纪70年代已经被提出被使用，其制备的工艺过程简单且成本低，并具对辐照粒子响应快的特点而被应用于高能物理实验中。
4.但是，金硅面微条探测器是靠肖特基结来工作，存在反向偏压下漏电流大，导致能量分辨率差的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种微条探测器及其制备方法，以解决金硅面微条探测器是靠肖特基结来工作，存在反向偏压下漏电流大，导致能量分辨率差的问题。
6.第一方面，本发明提供一种微条探测器，包括：
7.衬底，
8.以及依次形成在所述衬底上的第一钝化层和第一微条电极层；其中，所述第一钝化层用于减小所述第一微条电极层与所述衬底之间形成的表面态并提高势垒高度。
9.采用上述技术方案的情况下，本技术实施例提供的微条探测器，包括：衬底，以及依次形成在所述衬底上的第一钝化层和第一微条电极层；其中，所述第一钝化层用于减小所述第一微条电极层与所述衬底之间形成的表面态并提高势垒高度，可以降低金属半导体接触之间的表面态，同时提高势垒高度而降低反向偏压下的漏电流来提高条间的能量分辨率。
10.在一种可能的实现方式中，所述微条探测器还包括形成在所述第一钝化层上的保护环单元，且所述保护环单元设置在所述第一微条电极层的外周。
11.在一种可能的实现方式中，所述第一微条电极层包括多个等间距排布的微条电极；
12.所述微条探测器还包括：隔离单元；所述隔离单元包括多个间隔设置的隔离件，每个所述隔离件分别设置在相应两个所述微条电极之间。
13.一种可能的实现方式中，所述保护环单元包括多个间隔设置的保护环。
14.在一种可能的实现方式中，按照从所述第一微条电极层的外周至所述第一微条电极层的中心的方向，相邻所述保护环之间的间隔逐渐减小。
15.在一种可能的实现方式中，所述隔离件和相邻所述微条电极之间的距离，与所述微条电极和相邻所述保护环之间的距离相同。
16.在一种可能的实现方式中，所述微条探测器还包括依次形成在所述衬底远离所述第一钝化层一侧的第二钝化层和第二微条电极层。
17.在一种可能的实现方式中，所述微条探测器还包括设置在所述第二微条电极层和所述第二钝化层之间的重掺杂层。
18.在一种可能的实现方式中，所述第一钝化层包括p型钝化层型、n型钝化层，或不进行掺杂的钝化层。
19.第二方面，本发明还提供一种微条探测器的制备方法，包括：
20.在所述衬底表面通过低温工艺和薄膜钝化技术形成所述第一钝化层；
21.在所述第一钝化层表面通过溅射、沉积及电镀的方式形成所述第一微条电极层；其中，所述第一钝化层用于减小所述第一微条电极层与所述衬底之间形成的表面态并提高势垒高度。
22.第二方面提供的微条探测器的制备方法的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的微条探测器的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1示出了本技术实施例提供的一种微条探测器的结构示意图；
25.图2示出了本技术实施例提供的一种微条探测器的截面结构示意图；
26.图3示出了本技术实施例提供的一种微条探测器的俯视结构示意图；
27.图4示出了本技术实施例提供的一种微条探测器的制备方法的流程示意图。
28.附图说明：
29.101-衬底；102-第一钝化层；103-第一微条电极层；104-保护环单元；105-隔离单元；a-微条电极；c-保护环；b-隔离件；106-第二钝化层；107-第二微条电极层；108-重掺杂层。
具体实施方式
30.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
31.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
32.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关
联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
33.图1示出了本技术实施例提供的一种微条探测器的结构示意图，包括：
34.衬底101，
35.以及依次形成在所述衬底101上的第一钝化层102和第一微条电极层103；其中，所述第一钝化层102用于减小所述第一微条电极层103与所述衬底101之间形成的表面态并提高势垒高度。
36.其中，所述第一钝化层包括p型钝化层型、n型钝化层，或不进行掺杂的钝化层。
37.所述第一微条电极层形成在有源区内，用于去收集电荷。
38.衬底的材质可以包括单晶硅，还可以包括其他现有的半导体材质，本技术实施例对此不作具体限定。
39.其中，衬底可以采用高阻的n型硅衬底，第一微条电极层和衬底之间形成的肖特基结反向偏置时，衬底上的耗尽层增加，可以通过调整合理的反向偏置电压，使得衬底形成完全耗尽层。
40.正面区第一微条电极层形成了金硅面微条探测器的入射窗口，在衬底呈完全耗尽层的情况下，高能射线经由入射窗口照射微条区后，其激发形成的电子-空穴对在耗尽区高电场的作用下快速分离并向金属电极微条区移动，收集到的信号经由后置电路处理而得到粒子撞击微条探测器的位置信息。
41.第一钝化层设置在第一微条电极层和衬底之间，可以降低金属半导体接触之间的表面态，同时提高势垒高度而降低反向偏压下的漏电流来提高条间的能量分辨率。
42.其中，第一钝化层可以由非晶硅、多晶硅或氧化硅等形式形成，此外还可以由非晶硅、多晶硅或氧化硅相互组合形成，可以减小金属半导体之间接触而导致的高表面态，起到表面钝化的作用。
43.并且，可以通过调整钝化层的厚度以及是否掺杂，及掺杂的类型与浓度可以调制肖特基结的势垒高度来降低反向偏压下肖特基结的漏电流。
44.综上所述，本技术实施例提供的微条探测器，包括：衬底，以及依次形成在所述衬底上的第一钝化层和第一微条电极层；其中，所述第一钝化层用于减小所述第一微条电极层与所述衬底之间形成的表面态并提高势垒高度，可以降低金属半导体接触之间的表面态，同时提高势垒高度而降低反向偏压下的漏电流来提高条间的能量分辨率。
45.图2示出了本技术实施例提供的另一种微条探测器的结构示意图，包括：
46.衬底101，
47.以及依次形成在所述衬底101上的第一钝化层102和第一微条电极层103；其中，所述第一钝化层102用于减小所述第一微条电极层103与所述衬底101之间形成的表面态并提高势垒高度。
48.其中，所述第一钝化层包括p型钝化层型、n型钝化层，或不进行掺杂的钝化层。
49.所述第一微条电极层形成在有源区内，用于去收集电荷。
50.衬底的材质可以包括单晶硅，还可以包括其他现有的半导体材质，本技术实施例
对此不作具体限定。
51.其中，衬底可以采用高阻的n型硅衬底，第一微条电极层和衬底之间形成的肖特基结反向偏置时，衬底上的耗尽层增加，可以通过调整合理的反向偏置电压，使得衬底形成完全耗尽层。
52.正面区第一微条电极层形成了金硅面微条探测器的入射窗口，在衬底呈完全耗尽层的情况下，高能射线经由入射窗口照射微条区后，其激发形成的电子-空穴对在耗尽区高电场的作用下快速分离并向金属电极微条区移动，收集到的信号经由后置电路处理而得到粒子撞击微条探测器的位置信息。
53.第一钝化层设置在第一微条电极层和衬底之间，可以降低金属半导体接触之间的表面态，同时提高势垒高度而降低反向偏压下的漏电流来提高条间的能量分辨率。
54.其中，第一钝化层可以由非晶硅、多晶硅或氧化硅等形式形成，此外还可以由非晶硅、多晶硅或氧化硅相互组合形成，可以减小金属半导体之间接触而导致的高表面态，起到表面钝化的作用。
55.并且，可以通过调整钝化层的厚度以及是否掺杂，及掺杂的类型与浓度可以调制肖特基结的势垒高度来降低反向偏压下肖特基结的漏电流。
56.可选的，图3示出了本技术实施例提供的一种微条探测器的俯视结构示意图，图2是图3在aa面上的截面示意图，参见图3和图2，所述微条探测器还包括形成在所述第一钝化层102上的保护环单元104，且所述保护环单元104设置在所述第一微条电极层103的外周。
57.其中，保护环单元设置在有源区周围起一定的分压作用。
58.可选的，参见图2，所述第一微条电极层103包括多个等间距排布的微条电极a。
59.其中，本技术实施例对微条电极之间的间距的具体数值不作具体限定，可以根据实际应用场景做具体调整。
60.本技术实施例对微条电极的数量可以是10至100条，条宽可以设置在100微米到10纳米之间，本技术实施例对微条电极的数量和条宽不作具体限定，可以根据实际需求设置。
61.可选的，参见图2和图3，所述微条探测器还包括：隔离单元105；所述隔离单元105包括多个间隔设置的隔离件b，每个所述隔离件b分别设置在相应两个所述微条电极a之间。
62.可选的，参见图2，所述保护环单元104包括多个间隔设置的保护环c。
63.其中，保护环单元可以调制微条电极间电场的均匀性，可以收集条间表面电流从而减小器件整体的漏电流，提高每条微条电极在反向偏压下的漏电均匀性。
64.需要说明的是，保护环单元、隔离结构和微条电极的材质相同。
65.可选的，参见图2，按照从所述第一微条电极层103的外周至所述第一微条电极层103的中心的方向，相邻所述保护环c之间的间隔逐渐减小。
66.其中，隔离结构需要与最内保护环相连形成整体结构，使得可以在保护环上施加偏压保证与微条电极等电位，最内保护环施加一个与微条区同等的电位，从而可以使微条周围有均匀的电场，其次隔离单元与最内保护环相连可以导走表面产生的漏电从而提高每条在反向偏压下的漏电流均一性降低器件的噪声以提高信号的精度从而提升了器件的位置分辨率。
67.参见图2，保护环单元104的结构与第一微条电极层103的结构相同，均为肖特基结，且保护环之间的间隔从第一微条电极层中心向外递增，保护环单元在使用时，最内环需
要接地，一方面可以屏蔽微条区外部的漏电流，另一方面可以提高器件的耐压。
68.在本技术中，隔离单元设置在微条电极之间且距离相邻两条微条电极的间距相等，此外隔离单元两端与最内保护环境相连，并在实际使用的时候将最内保护环接地，可以平衡条间的电场从而提高每条的均一性。
69.可选的，保护环的宽度可以大于50微米，按照从所述第一微条电极层103的外周至所述第一微条电极层103的中心的方向，相邻所述保护环c之间的间隔逐渐减小，可以保证微条区边缘电场向微条外部可以均匀过渡，以避免出现电场突变点而导致击穿，由内而外保护环境宽度可以按照10微米至100微米的宽度递增。
70.其中，所述隔离件和相邻所述微条电极之间的距离，与所述微条电极和相邻所述保护环之间的距离相同。
71.可选的，参见图2，所述微条探测器还包括依次形成在所述衬底101远离所述第一钝化层102一侧的第二钝化层106和第二微条电极层107。
72.其中，第二钝化层可以减小表面缺陷带来的复合而导致漏电流的增大。
73.可选的，所述微条探测器还包括设置在所述第二微条电极层107和所述第二钝化层106之间的重掺杂层108。
74.其中，在背面做一层与衬底掺杂类型相同的重掺杂层并在重掺杂层上面淀积金属以形成欧姆接触。
75.可选的，重掺杂层厚度可以在10纳米至100纳米之间，本技术实施例对重掺杂层的具体厚度不作限定，可以根据实际应用场景做具体调整。
76.在本技术中，在背面区域采用全金属欧姆接触，在重掺杂层(n++)与衬底之间，通过加入一层第二钝化层，该第二钝化层可以由氧化硅、非晶硅等材料组成，形成的第二钝化层可以起到饱和表面悬挂键，以及形成空穴阻挡层的作用，起到降低漏电流的作用，n++层高掺杂区可以与金属形成良好的欧姆接触。
77.综上，本技术实施例提供的微条探测器包括处于中间位置的半导体衬底，设置在衬底两个表面上，正面的条状电极形成器件的微条部分，背面的全金属电极用于形成欧姆接触，背面电极还用于施加外部偏压，正面条状电极收集辐照产生的信号，正面微条之间设置隔离结构以提高微条的均匀性，并且，在微条周围设置有若干条保护环且能与条间的隔离结构互连，一方面可以减少整个器件的漏电并提高器件耐压性能，另一方面保护环与隔离结构的互连可以有效提高微条在反向偏压下漏电流的均匀性。
78.图4示出了本技术实施例还提供的一种微条探测器的制备方法的流程示意图，如图4所示，该制备方法可以包括：
79.步骤201：在所述衬底表面通过低温工艺和薄膜钝化技术形成所述第一钝化层。
80.步骤202：在所述第一钝化层表面通过溅射、沉积及电镀的方式形成所述第一微条电极层；其中，所述第一钝化层用于减小所述第一微条电极层与所述衬底之间形成的表面态并提高势垒高度。
81.在本技术中，第一微条电极层、保护环单元和隔离单元可以通过半导体制造领域已有的各种工艺加工形成，本技术实施例在此不作赘述。
82.可选的，在第一钝化层为非晶硅钝化层的情况下，可以采用等离子体增强化学的气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)、热丝化学气相沉积
(hwcvd)、低温工艺以及离子轰击的方式形成非晶硅钝化层，在第一钝化层为氧化硅钝化层的情况下，可以通过热氧、湿氧以及臭氧氧化的方法形成氧化硅钝化层。
83.在本技术中，第一钝化层的掺杂可以通过离子注入、扩散、原位掺杂等方式形成第一钝化层的掺杂。
84.可选的，微条探测器的衬底可以为n型硅衬底，其中，掺杂剂可以是p或者as等五族元素。各种电机的金属可以采用溅射、沉积以及电镀的方式形成。
85.相较于传统的微条探测器的制备工艺，本技术的微条探测器的制备方法采用薄膜钝化的技术可以有效降低金属半导体接触表面的表面态，并且对钝化层通过掺杂的方式可以提高金属半导体接触的有效势垒高度从而降低反向偏压下的漏电流以提高器件的能量分辨率。
86.本技术实施例提供的微条探测器的制备方法，可以在所述衬底表面通过低温工艺和薄膜钝化技术形成所述第一钝化层，在所述第一钝化层表面通过溅射、沉积及电镀的方式形成所述第一微条电极层；其中，所述第一钝化层用于减小所述第一微条电极层与所述衬底之间形成的表面态并提高势垒高度，可以降低金属半导体接触之间的表面态，同时提高势垒高度而降低反向偏压下的漏电流来提高条间的能量分辨率。
87.本发明提供的一种微条探测器的制备方法，可以实现如图1至图3任一所示的微条探测器，为避免重复，这里不再赘述。
88.尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
89.尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。