一种pn结终端补偿台阶结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及探测器PN结终端结构领域，具体来说，涉及一种PN结终端补偿台阶结构。
【背景技术】
[0002]在设计探测器PN结终端结构域工艺时，有四种情况需要认真对待:
第一、S1Ji不可能是理想状态的，特别在硅介质附近，氧化层是由S1x组成的，X〈2，也就是说介面Si存在不饱和键，有固定正电荷存在。就目前氧化工艺水平而言，正电荷层浓度大约111CnT2量级。因此在S1-S1 2介面层就有一层感应负电荷。
[0003]第二、PN结终端电场最强。随着方向电压的增加、耗尽，电力线集中点即P N结终端极易击穿。
[0004]第三、离子注入时在探测器有效区窗口的PN结边缘，可能受氧化层的影响形成注入盲区。
[0005]第四、在工艺中，光刻开窗后，离子注入前往往再长一层氧化层，在薄氧化层边缘，即薄氧层与厚氧层交界附近易形成针孔。
[0006]第一种情况导致漏电流大；第二种情况易击穿；第三四中情况使器件短路。
[0007]阻断电子沟道的办法总的说有几种，但我们只涉及与PN终端技术有关的一种方法，即场扳极的方法。该方法是在S12I蒸一层Al并施加反向偏压，是硅表面反型，切断电子累积层。把这种方法用在PN结终端就是现在已被通常使用的所谓简单场扳极的方法，它在切断沟道的同时，它的感应结又使PN结终端电场分散，提高了击穿电压，不失为一种好办法，但它避免不了上述三四种情况带来的问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种PN结终端补偿台阶结构，以克服目前现有技术存在的上述不足。
[0009]为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的:
一种PN结终端补偿台阶结构，包括N-Si片，所述N-Si片的一端设有N+电极，所述N+电极与所述N-Si片之间设有间隙一，所述N-Si片的另一端设有S1Jl，所述S12层设有对称的两个P+电极，所述S1Jl设有补偿台阶，所述N+电极与所述N-Si片之间设有间隙
--O
[0010]进一步地，所述S12层设有的补偿台阶为2层，所述补偿台阶由左右对称两部分构成且为两边高中间低设置，所述P+电极对称设于所述补偿台阶的底层，并且，所述P +电极的底面与所述补偿台阶的底层的底面平齐。
[0011]本发明的有益效果:通过使用本发明的PN结终端补偿台阶结构来制备的硅射线成像线阵列探测器既有高的击穿电压，又避免了可能的短路，提高了成品率。
【附图说明】
[0012]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1是根据本发明实施例所述的PN结终端补偿台阶结构的结构示意图。
[0014]图中:
KN-Si片；2、N+电极；3、间隙一 ；4、S1Jl ;5、P+电极；6、补偿台阶；7、间隙二。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]如图1所示，根据本发明的实施例所述的一种PN结终端补偿台阶结构，包括N-Si片1，所述N-Si片I的一端设有N+电极2，所述N+电极2与所述N-Si片I之间设有间隙一 3，所述N-Si片I的另一端设有S1Jl 4，所述S1 2层4设有对称的两个P +电极5，所述S1Jl 4设有补偿台阶6，所述N+电极2与所述N-Si片I之间设有间隙二 7。
[0017]此外，在一个具体的实施例中，所述S1Jl 4设有的补偿台阶6为2层，所述补偿台阶6由左右对称两部分构成且为两边高中间低设置，所述P+电极5对称设于所述补偿台阶6的底层，并且，所述P+电极5的底面与所述补偿台阶6的底层的底面平齐。
[0018]本发明是用遮蔽、电荷补偿与电极PN结边缘隔离的办法，即有简单场板极的优点又能解决第三、四种情况带给的问题。
[0019]在PN结离子注入之前，根据离子注入的能量和剂量及氧化层中可能的固定正电荷数，确定补偿台阶6的厚度。补偿台阶6的厚度是通过实验确定的。足够厚度的5102或Si3N4吸收层遮蔽注入一定部分。比如注入离子厚度穿透吸收的补偿台阶6，透过的剩余剂量来补偿PN结边缘层的氧化层电荷以使探测器的击穿电压最佳化。如果在制备P+层的同时对PN结边缘区的氧化层电荷进行补偿，例如注入40Kev，注入剂量各5*1014cm-2，补偿约10ncm-2的正的氧化层电荷，需透过10_3离子，遮蔽效率99.9%，实验确定台阶厚度约为2450A。在此补偿台阶6下注入的探测器性能很好。
[0020]一、本发明要解决的技术问题
1、设计合理的PN结终端结构；
2、提高探测器少子寿命降低暗电流；
3、离子注入后的退火技术使晶格适当恢复及注入离子激活；
4、补偿注入切断S12-Si界面下的电子沟道。
[0021]二、为解决技术问题而采用的技术方案
硅射线成像线阵列探测器的阵列尺寸很长，像素性能一致性要好。对某些阵列探器而言还要还要求过耗尽下工作。本发明主要有:
1、外部吸杂与内部本征吸杂相结合的氧化吸杂方法。
[0022]安检、CT阵列尺寸很长，各像素性能一致性要好，暗电流要小，对某些要在过耗尽电压下工作的探测器而言，还要求击穿电压高。本发明主要有三点:
1.1、本发明吸除原硅片内所含杂质和缺陷。
[0023]目前硅单晶纯度已很高，但对做核测器和光探测器的要求还有一定距离。还必须对硅片中的有害杂质和缺陷在工艺过程中进一步去除。去除方法目前主要有两种:
1.1.1、内部本征吸杂:干氧氧化同时通过HCl (或三氯乙烯等)气体；
1.1.2、原位掺杂多晶硅的外部吸杂氧化。
[0024]本征吸杂缺点:耗时，与集成电路工艺兼容性差，并且氧化过程某些缺陷并未吸除而只是更集中。其结果是有些器件性能差异很大。
[0025]原位掺杂多晶硅外部吸杂缺点:增加许多工艺步骤，增加了成本。
[0026]我们吸收了本征吸杂与外部吸杂的优点，避免了它们的缺点，即保证了探测器性能又提高了探测器的一致性和成品率。
[0027]1.2、本发明第二点是低温退火、高温激活注入离子。
[0028]离子注入打乱了硅单晶和晶格排列，恢复晶格就要进行高温退火。为了避免有害杂质的进入，过去退火温度都在600°C左右，但在该温度下注入的硼只有10%被激活。随着工艺条件的改进，国外宜采用900°C下退火。在我们的工艺条件下，在此温度退火往往不利，采用低温退火恢复晶格，短时间高温激活注入掺杂的离子。这样分步退火方式还是比较好的。
[0029]1.3、本发明第三要点是正面P+电极离开PN结边缘一定距离。
[0030]众所周知，在P N结终端，由厚氧化层的阴影效应有可能出现注入盲区。即使注入时隔一薄氧层，在薄氧层与厚氧层之间也易出现孔洞。这两种情况下若铝电极覆盖P N结边缘都能造成短路，一个像素出现这种情况使整个阵列报废。我们采用电极与P N结终端隔离的办法取得了很好结果，提高了成品率。
[0031]1.4、离子注入补偿、切断电子沟道。
[0032]在Si和S12W面附近是缺氧原子的，有正电荷存在，这样在硅表面层就有一层感应负电荷形成电子沟道。解决这一问题通常用场板极的办法，即在S12层上局部覆盖一层铝并施反向偏压，这种虽有效，但制备探测器麻烦，使用时不方便。简单的办法是用所谓简单场极的办法即电极搭在厚氧化层上。但易出现在上面已讨论过的问题。我们通过大量实验，通过离子注入补偿消除S12层中正电荷的影响，消除了电子累积层。
[0033]本发明通过上述办法即制出优良性能的安检、CT阵列探测器又提高了成品率降低了生产成本。
[0034]综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过使用本发明的PN结终端补偿台阶结构来制备的硅射线成像线阵列探测器既有高的击穿电压，又避免了可能的短路，提高了成品率。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
【主权项】
1.一种PN结终端补偿台阶结构，其特征在于，包括N-Si片(I )，所述N-Si片(I)的一端设有N+电极(2 )，所述N +电极(2 )与所述N-Si片(I)之间设有间隙一(3 )，所述N-Si片(O的另一端设有S1Jl (4)，所述S1 2层(4)设有对称的两个P +电极(5)，所述S1 2层(4)设有补偿台阶(6)，所述N+电极(2)与所述N-Si片(I)之间设有间隙二(7)。
2.根据权利要求1所述的PN结终端补偿台阶结构，其特征在于，所述S1Jl(4)设有的补偿台阶(6)为2层，所述补偿台阶(6)由左右对称两部分构成且为两边高中间低设置，所述P+电极(5)对称设于所述补偿台阶(6)的底层，并且，所述P+电极(5)的底面与所述补偿台阶(6)的底层的底面平齐。
【专利摘要】本发明公开了一种PN结终端补偿台阶结构，包括N-Si片，N-Si片的一端设有N+电极，N+电极与N-Si片之间设有间隙一，N-Si片的另一端设有SiO2层，SiO2层设有对称的两个P+电极，SiO2层设有补偿台阶，N+电极与N-Si片之间设有间隙二。本发明的有益效果：通过使用本发明的PN结终端补偿台阶结构来制备的硅射线成像线阵列探测器既有高的击穿电压，又避免了可能的短路，提高了成品率。
【IPC分类】H01L31-0352
【公开号】CN104835868
【申请号】CN201510243817
【发明人】郭昭桥, 郭天舒
【申请人】北京科立兴光电技术有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月13日