专利名称：用于辐射检测的半导体器件的制作方法
用于辐射检测的半导体器件本发明涉及一种用于辐射检测的半导体器件。在本领域中用于检测电磁辐射的半导体基器件或传感器是已知的。这些传感器是采用IC (集成电路)技术，如M0S (金属氧化物半导体)、CMOS (互补金属氧化物半导体)或CCD (带电耦合器件)技术，并利用所谓的集 电结而在衬底上实现的，其中所述集电结是适于收集电磁辐射在衬底中产 生的电荷载流子的区域，并且是pn-或np-结。用于检测如X射线等的电离辐射的半导体基检测器一般基于间接转换 检测器技术。在间接转换检测器中，例如采用闪烁器件，其中电磁辐射是 由电离(X射线)辐射撞击到闪烁器件上而产生的。这种电磁辐射进入半导 体衬底中并在那里产生电荷载流子，然后(例如)集电结检测这些电荷载 流子。然而，电离辐射的一部分也将穿过闪烁器件并且透射到半导体衬底 中的深度比由电离辐射撞击在闪烁器件上产生的电磁辐射更深。因而，电 离辐射也在半导体衬底中产生不希望的或寄生电荷载流子，这显著影响并 降低了电磁辐射的检测功能性，因此大大降低了半导体基检测器的性能。US5929499公开了一种用在X射线检测器中的光电二极管阵列，其将入 射的X射线的能量转换成相应的电信号。采用闪烁器件，将入射的X射线 转换成光子。在辐射传播中跟随闪烁器件设置的光电二极管阵列吸收光子， 从而获得与入射X射线的发光强度成比例的光电流。光电二极管阵列设置 在衬底上，其中提取二极管连接在每两个相邻光电二极管之间。所有提取 二极管的阳极在公共阳极触点连接在一起，通过将电压源连接到公共阳极 触点上而将电压施加在提取二极管两端，从而提取二极管被反向偏置，因 此阻挡电流。通过这种方式，光电二极管电隔离，并且可能少量的直接透 射到光电二极管阵列中的X射线不会产生噪声信号，并且显著减少了检测 器沟道之间的串扰。
因此本发明的目的是提供一种用于辐射检测的半导体器件，其中改善 了对电磁辐射的检测和对电磁辐射以外的检测之间的分离性。本发明由独 立权利要求来限定。有利的实施例由从属权利要求限定。本发明尤其基于以下认识US5929499的现有技术器件的缺点是它只 阻挡了检测沟道或光电二极管之间的X射线感应寄生电流，没有阻挡衬底 和器件之间的其它寄生电流。这种其它寄生电流是由直接透射到光电二极 管阵列中并且还透射到光电二极管下面的衬底中的X射线产生的，由此产 生随后由光电二极管检测到的电荷载流子。这不利地影响了对光子的检测， 因为光子和透射的X射线被光电二极管检测到并对电信号起作用。根据本发明的用于半导体衬底中的辐射检测的半导体器件包括用于检 测电荷载流子的检测区域，其中电荷载流子是当辐射入射到半导体器件上 时产生的。该半导体器件还包括用于检测电荷载流子的另一检测区域，这 里的电荷载流子是当辐射入射到半导体器件上时产生的，并且屏蔽物在其 上方延伸，用于防止电磁辐射进入检测区域。阻挡电磁辐射进入另一捡测 区域，但是另一检测区域将检测穿透屏蔽物并进入另一检测区域的其余辖 射，如电离辐射。屏蔽物未在其上延伸的检测区域的一部分检测其余辐射 和电磁辐射。这使得对其余辐射的检测与对电磁辐射的检测分离开来。例 如，通过比较由另一检测区域产生的第一检测信号和由屏蔽物不在其上延 伸的检测区域的部分产生的第二检测信号，将其余辐射对检测信号的贡献 与电磁辐射对检测信号的贡献分离开来。在优选实施例中，辐射包括X射 线和可见光。W02004/054005介绍了一种X射线检测器，包括具有在绝缘衬底上的薄 膜晶体管(TFT)和光电二极管的像素，用于将X射线转换成电信号。该电 信号可包括在光电二极管中或在光电二极管的表面上流动的泄漏电流。因 此X射线检测器还包括虚拟像素，该虚拟像素包括光阻挡部件，用于阻挡 光入射到光电二极管上，这使得能够在没有光的情况下确定光电二极管中 流动的泄漏电流。与本发明的区别在于X射线检测器位于绝缘衬底上，而 根据本发明的半导体器件位于半导体衬底中，并且施加X射线检测器的光 阻挡部件用于确定在光电二极管中流动的泄漏电流，如暗电流，而根据本 发明的半导体器件采用光阻挡部件，用于将对如X射线等的其余辐射的检 测与对电磁辐射的检测分离开来。在根据本发明的器件的实施例中，闪烁器件在半导体器件上方延伸， 该闪烁器件将入射的电离辐射转换成电磁辐射。通过这种方式，获得一种 能够检测电离辐射的器件，进一步改善了对电离辐射的检测与对电磁辐射 的检测的分离性。在根据本发明的器件的另一实施例中，与另一检测区域相邻的阻挡区 域防止在与另一检测区域相邻的半导体器件中产生的电荷载流子进入另一 检测区域。通过防止在相邻区域中产生的电荷载流子进入另一检测区域， 改善了另一检测区域与相邻区域(例如检测区域)的分离性，反之亦然， 由此有利地改善了对其余辐射的检测。在根据本发明的器件的实施例中，半导体器件还包括衬底阻挡区域， 它是半导体衬底和检测区域之间以及半导体衬底和另一检测区域之间的、 用于电离辐射透射到半导体衬底中而在半导体衬底中产生的电荷载流子的 障碍物。通过在衬底和半导体器件之间设置用于由衬底中的电离辐射产生 的电荷载流子的障碍物，显著减少了电离辐射在衬底中产生的并到达检测 区域和另一检测区域的寄生电荷载流子的数量。在优选实施例中，衬底阻 挡区域包括绝缘材料。在根据本发明的器件的实施例中，屏蔽物包括在另一检测区域上方延 伸的导电层。该导电层可有利地用作器件之间的屏蔽物和电连接层。在优 选实施例中，屏蔽物还包括由另一导电材料构成的接触区域，其在投影方 向上包围另一检测区域并连接到导电层。该接触区域防止在与接触区域相 邻的区域中产生的电荷载流子进入在另一检测区域上方延伸的区域中，反 之亦然，由此有利地改善了对其余辐射的检测。以下将参考附图进一步阐述和介绍本发明的这些和其它方面，其中
图1是根据现有技术的器件的实施例的示意性剖面图； 图2-4是根据本发明的器件的实施例的示意性剖面图；和 图5是根据本发明实施例的X射线检测器的示意图。附图不是按比例绘制的。 一般情况下，附图中相同的部件用相同的参 考丰示记表示。当被如X射线X等的高能带电粒子撞击时，闪烁器件发射低能光子或电磁辐射，通常在可见光范围内。x射线x穿过闪烁器件，由此产生电磁辐射，然后用半导体器件12检测该电磁辐射。然而，穿过闪烁器件的X射线 X也将穿透半导体器件12。图1示出通过X射线X撞击而来自闪烁器件(未 示出)的电磁辐射L (由箭头L表示)撞击半导体器件12并穿透半导体器 件12。此外，由虚线箭头X表示的X射线也穿透闪烁材料(未示出)，进入 半导体器件12。半导体器件12包括检测区域3，在这种情况下，它可以使 用本领域已知的器件和技术通过检测电子来检测电磁辐射L，所述电子是由 电磁辐射L产生的。此外，半导体器件12包括衬底区域1，这里它由p型 半导体材料构成，X射线X将透射到衬底区域1中，然而，具有比X射线X 相对低的能量的电磁辐射L将只透射到检测区域3中。X射线X在衬底区域 l中产生电子和空穴，在这种情况下，X射线X产生的电子的一部分透射到 检测区域3中，由此干扰对由电磁辐射L产生的电子的检测，这不利地影 响了用于检测电磁辐射L的半导体器件12的性能。图2示出根据本发明的半导体检测器件11的实施例的剖面图，其包括 具有检测区域3的p型半导体衬底区域1。在这种情况下，检测区域3能检 测由电磁辐射L在检测区域3中产生的电子以及由X射线X在检测区域3 和衬底区域l中产生的电子。与检测区域3相邻，设置另一检测区域13， 屏蔽物8在其上方延伸。屏蔽物8防止电磁辐射L进入另一检测区域13， 并且包括例如金属、重掺杂多晶硅或防反射涂层材料。在这种情况下，另 一检测区域13只检测由X射线X产生的电子并产生第一信号13A(见图5)， 该第一信号是X射线X的函数。在这种情况下，检测区域3检测由X射线X 产生的电子以及由电磁辐射L产生的电子，并产生第二信号3A (见图5)， 第二信号是X射线X和电磁辐射L的函数。两个检测区域3、 13使得能够 在由X射线X产生的电子和由电磁辐射L产生的电子之间进行区分，因为 通过比较第一信号13A和第二信号3A,可以提取分离的X射线信号21和分 离的电磁辐射信号22，这显著提高了对X射线X和电磁辐射L的检测。应 该注意的是，可以使用闪烁器件，这样得到间接转换检测器件，但是也可 以在没有闪烁器件的情况下实施本实施例，这样得到直接转换检测器件。
图3示出根据本发明的半导体检测器件11的实施例的剖面图，其包括 具有检测区域3的p型半导体衬底区域1，以及与检测区域3相邻的另一检 测区域13。绝缘层16在检测区域3、另一检测区域13和衬底区域1的上 方延伸。绝缘层16上的屏蔽层18在另一检测区域13上方延伸。屏蔽层18 防止电磁辐射L进入另一检测区域13，并且在这种情况下包括导电材料， 如铝或鸨。应该注意的是，可以使用能防止电磁辐射L进入另一检测区域 13的其它材料。在这种情况下，屏蔽层18经接触区域15电连接到包围另 一检测区域13的阻挡区域14。接触区域15也在投影方向上包围另一检测 区域13，并且包括例如铝或钨。阻挡区域14包括例如n型半导体材料，由 此使经扩散到达阻挡区域14的X射线产生的电子下沉或泄漏(dmining)。 在另一实施例中，如图4所示，衬底区域1包括衬底阻挡区域19，其用于 防止在衬底区域1中产生的电荷载流子进入检测区域3和另一检测区域13 中。衬底区域19例如是由电绝缘材料构成的，如二氧化硅，在这种情况下， 有利地形成所谓的SOI (绝缘体上硅)衬底的一部分。图5示意性地示出了根据本发明的检测器10的设置，其中实现了分离 的X射线信号21和分离的电磁辐射信号22之间的识别。包括根据本发明 的多个半导体器件11的检测器件D产生第一信号13A和第二信号3A，其中 第一信号13A是由另一检测区域13检测的X射线X的函数，第二信号3A 是由检测区域3检测的X射线X和电磁辐射L的函数。第一信号13A和第 二信号3A被输入给处理器P，该处理器P之后计算分离的X射线信号21和 分离的电磁辐射信号22。总之，本发明提供一种用于半导体衬底中的辐射检测的半导体器件， 其包括检测区域，检测当辐射入射到半导体器件上时产生的电荷载流子。 该半导体器件还包括另一检测区域，其检测当辐射入射到半导体器件上时 产生的电荷载流子。屏蔽物在另一检测区域上方延伸，防止电磁辐射进入 检测区域中。通过这种方式，本发明提供一种用于辐射检测的半导体器件， 其中改善了对电磁辐射的检测和对其它辐射的检测之间的分离性。本发明 还提供一种检测器，其包括该半导体器件和耦合到检测区域和另一检测区 域的处理器，用于产生表示电磁辐射的输出信号。应该注意的是，上述实施例只是举例说明，并不限制本发明，本领域
技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以设计很多替换实施 例。在权利要求中，位于括号中的任何参考标记都不应理解为对权利要求 的限制。用词"包括"不排除还存在权利要求中所列出的元件或步骤以外 的其它元件或步骤。在元件前面的词语"一"或"一个"不排除存在多个 这种元件的情况。
权利要求
1、一种用于半导体衬底(1)中的辐射检测的半导体器件(11)，包括检测区域(3)，用于检测当辐射(X，L)入射到所述半导体器件(11)上时产生的电荷载流子，另一检测区域(13)，用于检测当辐射(X)入射到所述半导体器件(11)上时产生的电荷载流子，以及在所述另一检测区域(13)上方延伸的屏蔽物(8，18)，用于防止电磁辐射(L)进入所述检测区域(13)。
2、 如权利要求1所述的器件，其中所述辐射包括X射线(X)和可见光a)。
3、 如权利要求l所述的器件，还包括在所述半导体器件(11)上方延伸的闪烁器件，用于将入射的电离辐射a)转换成电磁辐射(L)。
4、 如权利要求l所述的器件，还包括与所述另一检测区域(13)相邻 的阻挡区域(14)，用于防止在与所述另一检测区域(13)相邻的半导体器 件中所产生的电荷载流子进入所述另一检测区域(13)。
5、 如权利要求1所述的器件，还包括衬底阻挡区域(19)，该衬底阻 挡区域(19)是在所述半导体衬底(1)和所述检测区域(3)之间以及所 述半导体衬底(1)和所述另一检测区域(13)之间的、用于电离辐射(X) 透射到所述半导体衬底(1)中而在所述半导体衬底(1)中产生的电荷载 流子的障碍物。
6、 如权利要求5所述的器件，其中所述衬底阻挡区域(19)包括电绝 缘材料。
7、 如权利要求l所述的器件，其中所述屏蔽物(8， 18)包括在所述另一检测区域(13)上方延伸的导电层(18)。
8、 如权利要求7所述的器件，其中所述屏蔽物(8,18)还包括由另一 导电材料构成的接触区域(15)，该接触区域(15)在投影方向上包围所述 另一检测区域(13)，并且该接触区域(15)连接到导电层(18)。
9、 一种检测器(10)，包括如权利要求1所述的半导体器件(11)和 耦合到所述检测区域(3)和所述另一检测区域(13)的处理器(P)，用于 产生表示所述电磁辐射(L)的输出信号(22)。
全文摘要
本发明提供一种用于在半导体衬底(1)中的辐射检测的半导体器件(11)，包括检测区域(3)，其检测当辐射(X，L)入射到半导体器件(11)上时产生的电荷载流子。该半导体器件(11)还包括另一检测区域(13)，其检测当辐射(X)入射到半导体器件(11)上时产生的电荷载流子。屏蔽物(8，18)在所述另一检测区域(13)上方延伸，防止电磁辐射(L)进入检测区域(13)中。通过这种方式，本发明提供一种用于辐射检测的半导体器件(11)，其中提高了对电磁辐射(L)的检测和对其它辐射的检测之间的分离性。本发明还提供一种包括该半导体器件(11)和耦合到检测区域(3)和另一检测区域(13)的处理器(P)的检测器(10)，用于产生表示电磁辐射(L)的输出信号(22)。
文档编号H01L31/0352GK101401208SQ200780009050
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月15日
发明者A·黑林格, J·A·卢杰恩迪克, J·W·C·韦尔特坎普, W·D·范诺尔特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司