[发明专利]用于辐射检测的半导体器件

说明书

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MOS(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由于电磁辐射而在衬底中产生的电荷载流子的区域，并且是pn-或np-结。

为了检测电离辐射，如X射线，可以施加闪烁材料，其中电离(X射线)辐射撞击该闪烁材料产生电磁辐射，然后通过光电检测器检测该电磁辐射。用采用低成本CMOS或MOS技术实现的半导体基传感器代替光电检测器，可带来多种优点，如成本降低和集成的功能性。然而，电离辐射也能通过闪烁材料，并且电离辐射透射到衬底中的深度比电离辐射撞击在闪烁材料上而产生的电磁辐射更深。因而，电离辐射也在衬底中产生不想要的或寄生的电荷载流子，这降低了电磁辐射的检测功能性，并因此大大降低了半导体基传感器的性能。

US6690074公开了一种用于减少辐射感应电流的半导体器件结构，其中辐射感应电流是由入射电离辐射产生的。该结构包括衬底、在衬底中的第二导电类型的两个或多个区域、以及第一导电类型的防护环，该防护环用于阻挡在第二导电类型的两个或多个区域之间的辐射感应寄生电流。该结构可以用在像素中，例如二极管中或晶体管中，其对电磁辐射是灵敏的，用于增加抗辐射性。这种器件的缺点是它只能阻挡第二导电类型的两个或多个区域之间的辐射感应寄生电流，并且它不能阻挡衬底和器件之间的进一步的寄生电流，该进一步的电流是由在器件下面透射到衬底中的辐射感应的，并且有害地降低了该器件的性能。

本发明的目的是提供一种用于辐射检测的半导体器件，其中减少了透射到衬底中的电离辐射对半导体器件的性能的影响。本发明提供一种用于辐射检测的半导体器件及其有利实施例。

根据本发明的用于辐射检测的半导体器件包括：衬底半导体材料的衬底区域和在半导体器件的表面上的检测区域，在该检测区域中，当电磁辐射入射到半导体器件上时产生并检测第一导电类型的电荷载流子。该半导体器件还包括阻挡区域，它是衬底区域和检测区域之间的用于电离辐射透射到衬底区域中而在衬底区域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电离辐射在衬底中产生的寄生电流的障碍物，大大减少了电离辐射在衬底区域中产生并到达检测区域的寄生电荷载流子的数量。因此，这些寄生电荷载流子对半导体器件的负面影响大大减小了，并能提高电磁辐射的检测精确度。

在根据本发明的器件的实施例中，阻挡区域包括阻挡半导体材料。该半导体基阻挡区域可以限制电离辐射在衬底区域中产生的寄生电荷载流子。在有利的实施例中，阻挡区域和衬底区域是第二导电类型的，与第一导电类型相反，其中阻挡区域具有比衬底区域高的掺杂水平。通过这种方式，相对高掺杂的阻挡区域有利地限制了由电离辐射在衬底区域中产生的并且导电类型与第二导电类型相反的寄生电荷载流子。

在有利的实施例中，包括阻挡半导体材料的阻挡区域还包括降低阻挡区域的带隙的另一阻挡半导体材料，这便于寄生电荷载流子在阻挡区域中复合。优选地，阻挡半导体材料包括硅，并且另一阻挡半导体材料包括硅和锗的混合物。

在另一有利的实施例中，半导体器件还包括第一导电类型的泄漏半导体材料的泄漏区域(draining region)，其延伸到衬底区域中并与检测区域的侧面区域和阻挡区域的侧面区域相邻。作为第一导电类型的泄漏区域有利地使由电离辐射在衬底区域中产生的第一导电类型的寄生电荷载流子下沉。优选地，与泄漏区域相邻的检测区域的侧面区域是第二导电类型的，与第一导电类型相反，由此有利地横向限制了检测区域并减小了在检测区域中所产生的电荷载流子到达泄漏区域的可能性。

在根据本发明的另一实施例中，包括阻挡半导体材料的衬底区域和阻挡区域是与第一导电类型相反的第二导电类型，并且阻挡区域处于检测区域和另一阻挡区域之间，该另一阻挡区域包括第一导电类型的第二阻挡半导体材料并处于阻挡区域和衬底区域之间。第一导电类型的另一阻挡区域使由电离辐射在衬底区域中产生的第一导电类型的寄生电荷载流子下沉。优选地，衬底区域具有高于10¹⁶原子/cm³的掺杂水平。相对于衬底区域的较低掺杂水平来说，第二导电类型的衬底区域的相对高的掺杂水平减少了衬底区域中的第一导电类型的寄生电荷载流子的寿命。